Главная Односкатная › › Радиочувствительность различных органов и тканей. Радиочувствительность тканей органов и систем организма вопросы Контрольные вопросы и задания

Радиочувствительность различных органов и тканей. Радиочувствительность тканей органов и систем организма вопросы Контрольные вопросы и задания

Радиочувствительность - восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения (для молекул используют терминрадиопоражаемость ). Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых объектов:

Для инактивации клеток - показатель D 37 или D 0 на кривой выживаемости;

Для организмов - доза, вызывающая гибель 50 % особей за определённый срок наблюдения (LD 50 ) .
Использование радиопротекторов или радиосенсибилизаторов (в том числе, кислорода) модифицирует радиочувствительность здоровых или опухолевых клеток.

Количественной характеристикой любого радиомодифицирующего эффекта является «фактор изменения дозы» (ФИД ), который рассчитывают как отношение равноэффективных доз облучения в присутствии и отсутствии радиомодифицирующего агента. При этом независимо от направления модифицирующего воздействия (то есть усиления или ослабления лучевого эффекта) берется отношение большей дозы к меньшей. В случае кислородного эффекта величину ФИД часто называют коэффициентом кислородного усиления (ККУ ) (Oxygen Enhancement Ratio - OER).

При общем облучении животных отмечается ступенчатый характер их гибели в определенных диапазонах доз, вследствие выхода из строя определенных критических органов или систем, ответственных за выживание в этих дозовых диапазонах, что проявляется в виде трех основных радиационных синдромов - костномозгового, кишечного и церебрального.

Развитие радиационных синдромов определяется цитокинетическими параметрами соответствующих самообновляющихся клеточных систем - кроветворения, тонкого кишечника и центральной нервной системы (ЦНС).

Костный мозг и кишечник - типичные примеры активно обновляющихся радиочувствительных клеточных систем, а ЦНС - напротив, наименее делящихся (стационарных) радиорезистентных органов.

Радиочувствительность организма наиболее часто определяется поражением костного мозга, так как критической системой, ответственной за выживание при дозах до 10 Гр, является кроветворение. Критическим органом в следующем диапазоне от 10 до 100 Гр оказывается тонкий кишечник.

Клеточными детерминантами, определяющими степень радиационного поражения обеих критических самообновляющихся систем, являются стволовые клетки костного мозга и кишечника.

Развивающиеся в ближайшие сроки после облучения в определенных (пороговых) дозах клинически значимые лучевые реакции, связанные с клеточным опустошением активно пролиферирующих систем самообновлениия, объединяются термином детерминированные эффекты .



Временные, легко восполнимые клеточные утраты при меньших дозах, не вызывающие клинически значимых реакций организма, относятся к квазидетерминированным эффектам .

Тканевая радиочувствительность - понятие относительное. В радиорезистентных стационарных или слабо пролиферирующих органах и тканях под влиянием облучения возникают (сохраняются, консервируются) скрытые типичные радиационные повреждения, в частности, хромосомные аберрации, которые могут быть выявлены в условиях активации клеточного деления, например, в процессе посттравматический регенерации.

Лучевые поражения, развивающиеся в отдаленные сроки после облучения вследствие отмирания функциональных клеток слабо пролиферирующих тканей, таких как сосуды, кости и нервы, относятся к поздним детерминированным эффектам.

Органная радиочувствительность зависит от радиочувствительности тканей, которые этот орган образуют.

Критерии:

Масса органа уменьшается

Уменьшение функциональной активности (при острой лучевой болезни-мышечная слабость)

Опустошение органа специфическими клетками (при облучении лёгких 60Гр возникает пневмосклероз на месте опухоли).

Классификация органов по радиочувствительности. -самые радиочувствительные (лимфоидные органы, красный костный мозг, гонады, тонкий кишечник)

Средняя степень радиочувствительности (кожа, эндокринные железы)

Радиорезистентные (печень, почки, головной мозг)

10. Клинико-дозиметрическое планирование лучевой терапии. Методы дозиметрии ионизирующего излучения

главная клинико-дозиметрическая задача заключается в создании в теле больного наиболее благоприятного пространственного распределения намеченных поглощенных доз излучения как для всего курса лечения, так и для каждого отдельного сеанса облучения. Лучевой терапевт намечает необходимую дозу излучения для каждого новообразования. При этом он руководствуется радиобиологическими закономерностями, изложенными выше, и результатами осмотра больного.



С целью оптимизации облучения рассчитывают максимально переносимую дозу(Д)ее определяют для любого ритма облучения по спец.формуле.для планирования лечения надо знать анатомию облучаемой области и структуру тканей в зоне лучевого воздействия. С помощью рентгенографии,сонографии или КТ точно устанавливают расположение опухоли в теле больного. Затем изготавливают схемы сечения тела на уровне «мишени»-топометрические схемы, т.е.проводят клиническую топометрию.На основе рентгенограмм в прямой и боковой проекциях можно построить поперечные (аксиальные), сагиттальные и фронтальные топометрические схемы.Поперечный срез делают на уровне центра опухоли, но при больших новообразованиях - на двух-трех уровнях. Для того чтобы воспроизвести размеры и контуры тела на избранном уровне, при рентгеноскопии на коже больного можно отметить положение центра опухоли в двух взаимно перпендикулярных проекциях, а затем посредством свинцовой ленты смоделировать периметр тела и на ленте пометить точки проекций.

Полученный чертеж переносят на бумагу. Созданы также специальные несложные

приборы, используемые с той же целью - механические контуромеры.

Однако лучшим способом тонометрии является изготовление компьютерных томограмм облучаемой области.Для специалиста,составляющего дозиметрический план, важно знать не только локализацию и объем опухоли, но и структуру тканей по всему сечению тела. Вы-числительный комплекс (КТ + ЭВМ) выдает трехмерную картину дозного поля и имитирует дозиметрический план лечения с суммарной погрешностью не более 5 %. Большим достоинством томограмм является отображение всех тканей, окружающих новообразование, в частности наиболее чувствительных к излучению органов - так называемых критических органов, Для головы и шеи критическими органами считают головной и спинной мозг, глаза, орган слуха, для груди - спинной мозг, легкие и сердце, для живота - почки и спинной мозг, для таза - мочевой пузырь и прямую кишку. Кроме того, для всех областей тела критическим органом является кожа. Для того чтобы составить представление о распределении поглощенных доз в облучаемой среде, на топометрические схемы наносят изодозные кривые и получают таким образом карту изодоз Изодозные линии соединяют точки с одинаковым значением поглощенной дозы. Обычно отмечают не абсолютные значения поглощенных доз (их, как известно, выражают

в грэях), а относительные - в процентах от максимальной поглощенной дозы, принимаемой за 100 %. В практике лучевой терапии дозное распределение считают приемлемым, если вся опухоль заключена в зоне 100-80 % изодозы, зона субклинического распространения опухоли и регионарного метастазирования находится в пределах 70-60 % изодозы, а здоровые ткани - не более 50-30 % изодозы.

В радиологических отделениях имеются атласы типовых дозиметрических планов для дистанционного, внутриполостного и сочетанного облучения. В атласах приведены стандартные изодозные карты, построенные по результатам измерений, проведенных в однородной тканеэквивалентной среде. В качестве подобной среды целесообразно использовать воду вследствие ее подобия мягким тканям человеческого тела. Однако стандартное дозное распределение всегда корректируют по приготовленной для пациен-

та изодозной карте, чтобы осуществить индивидуальный расчет, поскольку распределение доз в теле каждого больного отличается от фантомного в связи с различиями в анатомо-топографических соотношениях, плотности и размерах тканей, конфигурации опухоли и других индивидуальных особенностях.__ При составлении плана облучения инженер-физик основывается на первичной дозиметрической информации относительно излучения имеющихся в отделении радиотерапевтических аппаратов. Все эти аппараты всегда снабжены набором изодозных карт для типичных геометрическихусловии облучения. Для характеристики радиационного выхода источника

излучения используют понятие ≪экспозиционная доза≫. Под экспозиционной дозой излучения понимают количество энергии,поглощенной из данного пучка в единице массы воздуха.Системной единицей экспозиционной дозы является кулон на кило-

грамм (Кл ・ кг-"Λ а внесистемной - рентген (Р). 1 Р = 2,58 10" Кл кг1. Ρ - доза излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия в 0,001293 г на 1 CMJ воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд водну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.Производные единицы - миллирентген (мР) и микрорентген (мкР). Доза излучения, измеренная в течение определенного отрезка времени,называется мощностью экспозиционной дозы. Внесистемной единицей

этой величины является рентген в секунду (минуту, час). В системе СИ единицей мощности экспозиционной дозы является ампер на килограмм(А ・ к г " / / Рс> = 2,5810-" Акг". Сравнительный анализ изодозных карт различных радиотерапевтических аппаратов позволяет сделать ряд выводов, важных для планированияоблучений

Так, рентгеновское излучение низких и средних энергий, т.е. генерируемоепри анодном напряжении 30-200 кВ, обусловливает максимум поглощенной дозы на поверхности тела человека. Следовательно, сильнее всего облучается кожа. В глубине тканей доза непрерывно и значительно уменьшается. При анодном напряжении 40 кВ доза на глубине 3 см составляет всего 10 % от дозы на поверхности. При анодном напряжении 200 кВ излучение проникает, естественно, глубже. Однако и здесь наблюдается быстрое и

значительное уменьшение поглощенной дозы: на глубине 10 см остается всего 20 % от поверхностной дозы. При глубоко расположенной опухоли основная часть энергии поглощается не в ≪мишени≫, а в здоровых тканях.

К тому же из-за низкой энергии фотонов возникает много лучей рассеяния, также

поглощаемых в здоровых тканях. Большое количество рентгеновского излучения поглощается в костной ткани, что может привести к повреждению кости и хряща. В связи с изложенным рентгенотерапевтические установки используют только для облучения поверхностно лежащих новообразований.

Гамма-установки, заряженные 60Со, испускают почти однородный пучок фотонов сравнительно большой энергии (1,17 и 1,33 МэВ). Максимум поглощения сдвигается на 0,5 см вглубь, в результате чего уменьшается облучение кожи. На глубине 10 см остается не менее 50 % поверхностной дозы Следовательно, относительные глубинные дозы выше, чем при использовании рентгенотерапевтических установок. К тому же поглощениеВ свою очередь значительные преимущества перед гамма-излучением имеет тормозное излучение высокой энергии. В частности, при энергии фотонов 25 МэВ максимум поглощенной дозы находится на глубине 4-6 см от поверхности тела больного. Ткани, расположенные перед этим уровнем, получают не более половины максимальной дозы. Однако у тормозного излучения есть недостаток - сравнительно медленное уменьшение дозы после достижения ее максимума (см. рис. IV.4). Это означает, что сильно облучаются ткани за опухолью.

Линейные ускорители производят также пучки электронов высокой энергии. В этом случае максимум поглощенной дозы определяется на глубине 1-3 см, после чего доза быстро снижается и на глубине 10 см ткани практически не облучаются. Это оптимально для неглубоко расположенных новообразований. Однако для облучения опухолей, залегающих в глубине тела, особыми достоинствами обладают пучки тяжелых заряжен-

ных частиц (протонов, альфа-частиц, отрицательных пи-мезонов - пио-

Протоны высокой энергии до момента ≪остановки≫ в тканях двигаются практически прямолинейно. Попадая в ткани, они постепенно замедляют ход, причем линейная потеря энергии (ЛПЭ) возрастает, достигая максимума в конце пробега). Если пучок состоит из протонов примерно одинаковой энергии, то длина пробега у них сходна и максимум по-

глощения энергии создается в конце пути. Этот ≪острый≫ максимум называют пиком Брэгга. Поскольку протоны мало рассеиваются в тканях, то облучение можно проводить очень тонким пучком, которым удается избирательно разрушать внутри тела человека участки объемом менее 1 см3 (на-пример, опухоль гипофиза).

Ориентируясь на намеченную поглощенную дозу и выбранный вид излучения, инженер-физик наносит на топометрическую схему сечения тела расчетные данные - процентные глубинные дозы в ≪мишени≫ и окружающих тканях и органах. По сравнению с стандартными картами изодоз из атласов ему приходится вносить ряд поправок: на объем ≪мишени≫ и ее конфигурацию, кривизну поверхности тела в данной области, неоднород-

ность тканей. В частности, необходимо учитывать наличие скоплений воздуха (например, в легочной ткани, гортани), костных массивов и т.д.

Ответственным моментом является выбор направления пучков излучения, числа и величины входных полей. Лишь при небольших поверхностных образованиях удается добиться необходимой поглощенной дозы через одно поле (с помощью излучения лазера или низковольтной рентгенотерапии). Некоторые небольшие опухоли целесообразно лечить с помощью размещенных над ними аппликаторов с набором радиоактивных препаратов.

Однако в большинстве случаев лучевую терапию осуществляют путем облучении ≪мишени≫ с нескольких полей. Иногда выбирают поля сложной конфигурации (≪фигурные≫). В связи с этим инженеру-физику приходится выполнять ряд расчетов,

выбирая оптимальное направление пучков излучения,расстояние от источника до поверхности тела, вспомогательные устройства, формирующие необходимое сечение пучка.Значительным шагом вперед в дозиметрическом планировании явилось

создание программ для ЭВМ, которые позволяют на основании клинического задания, адаптированного к конкретному пациенту, определить оптимальные условия облучения. ЭВМ дает возможность установить минимум полей облучения и наиболее выгодную ориентацию их. При комбинации ЭВМ с компьютерным томографом расчет дозиметрического плана выполняют за доли секунды. Более того, инженер-физик или лучевой терапевт может с помощью светового ≪карандаша≫ взаимодействовать с ЭВМ, сопоставляя различные варианты облучения._гамма-излучения мало различается в мягких и костной тканях.

В общем случае радиочувствительность органов зависит не только от радиочувствительности тканей, которые оставляют орган, но и от его функций. Желудочно-кишечный синдром, приводящий к гибели при облучении дозами 10–100 Гр, обусловлен в основном радиочувствительностью тонкого кишечника.

Легкие являются наиболее чувствительным органом грудной клетки. Радиационные пневмониты (воспалительная реакция легкого на действие ионизирующего излучения) сопровождаются потерей эпителиальных клеток, которые выстилают дыхательные пути и легочные альвеолы, воспалением дыхательных путей, легочных альвеол и кровеносных сосудов, приводя к фиброзам. Эти эффекты могут вызывать легочную недостаточность и даже гибель в течение нескольких месяцев после облучения грудной клетки.

В течение интенсивного роста кости и хрящи более радиочувствительны. После его окончания облучение приводит к омертвению участков кости - остеонекрозу - и возникновению спонтанных переломов в зоне облучения. Другим проявлением радиационного поражения является замедленное заживление переломов и даже образование ложных суставов.

Эмбрион и плод. Наиболее серьезные последствия облучения - гибель до или во время родов, задержка развития, аномалии многих тканей и органов тела, возникновение опухолей в первые годы жизни.

Органы зрения. Известны 2 вида поражения органов зрения – воспалительн6ые процессы в кнъюктевите и катаракта при дозе 6 Гр у человека.

Репродуктивные органы. При 2 Гр и более наступает полная стерилизация. Острые дозы порядка 4 Гр приводят к бесплодию.

Органы дыхания, ЦНС, эндокринные железы, органы выделения относятся к довольно устойчивы тканям. Исключение составляет щитовидная железа при облучении ее J131.

Очень высокая устойчивость костей, сухожилий, мышц. Абсолютно устойчива жировая ткань.

Радиочувствительность определяется, как правило, по отношению к острому облучению, притом однократному. Поэтому получается, что системы, состоящие из быстро обновляющихся клеток, более радиочувствительны.

РАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ

(от радио... и резистентность) , радиоустойчивость, устойчивость живых организмов к воздействию ионизирующих излучений. В целом радиорезистентность уменьшается по мере усложнения органического мира; она максимальна у низших организмов и минимальна у высших (например, для дрозофилы летальная доза составляет 85000 рад, для обыкновенной мухи - 10000, а для человека - 400 рад).

Различают два механизма лучевой гибели клеток: а) апоптоз, при котором гибель начинается с изменений ядерного аппарата – межнуклеосомной фрагментации хроматина, конденсации ядерного материала, образования апоптозных телец; эти изменения сопровождаются возрастанием проницаемости клеточных мембран; б) некротическая форма, при которой изменения в ядре вторичны, им предшествуют нарушения проницаемости биологических мембран и набухание клеточных органелл. Что касается индуцированных радиацией повреждений на уровне клеток, нужно отметить что многие из них легко переносятся клеткой, т. к. являются следствием повреждения структур, утрата которых быстро восполняется. Такие преходящие клеточные реакции называют физиологическими, их относят к кумулятивным эффектам облучения. Это различные нарушения метаболизма. Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Наиболее универсальная из них – временное угнетение клеточного деления – радиационное блокирование митозов. Время задержки деления зависит от дозы облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении: наиболее длительно оно в тех случаях, когда клетки облучаются в стадии синтеза ДНК или постсинтетической стадии, а самое короткое при облучении в митозе.


В отличие от временного угнетения, полное подавление митозов наступает после воздействия больших доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, содержащие несколько наборов хромосом вследствие их репликации в пределах одной и той же неразделившейся клетки.

Помимо прямых влияний радиации, при облучении имеют место и другие, вторичные механизмы гибели. Так распад клетки или ткани может быть следствием нарушения кровообращения, наличия кровоизлияний, развитие гипоксии. Прямое повреждение клеток влечет за собой цепь явлений, связанных с особенностями архитектоники ткани или органа. Развивается системное нарушение, модифицирующее первоначальное поражение клеток. Однако и эти последующие изменения обусловлены начальным клеточным повреждением.

Повреждения соматических клеток способствуют впоследствии развитию злокачественных опухолей, преждевременному старению; повреждение генетического аппарата половых клеток ведет к наследственной патологии. Эффекты действия ИИ могут длиться от доли секунд до столетий

Действие излучения на организм зависит от многих факторов. Определяющими факторами являются: доза, вид излучения, продолжительность облучения, размеры облучаемой поверхности, индивидуальная чувствительность организма. Возможные последствия облучения человека дозами, бульшими фонового уровня, делятся на детерминированные и стохастические (вероятностные).

К детерминированным эффектам относятся поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут по мере увеличения дозы облучения и для возникновения которых существует дозовый порог. К таким эффектам относят, например, незлокачественное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (потемнение хрусталика), повреждение половых клеток (временная или постоянная стерилизация).

Имеются данные многочисленных и длительных наблюдений за персоналом и населением, подвергшимся воздействию повышенных доз облучения . Из этих данных следует, что профессиональное длительное облучение дозами до 50 мЗв в год взрослого человека не вызывает никаких неблагоприятных соматических изменений, регистрируемых с помощью современных методов исследования. Детерминированные эффекты проявляются при достаточно высоких дозах облучения всего тела или отдельных органов.

Последствия для здоровья от доз облучения всего тела за короткий период (секунды, минуты или часы) бывают следующими:

· облучение дозой 0,25 Зв не приводит к заметным изменениям в организме;

· при дозе 0,25–0,5 Зв наблюдаются изменения показателей крови;

· доза 0,5–1,0 Зв вызывает снижение уровня лейкоцитов или белых кровяных телец, но вскоре нормальные уровни восстанавливаются;

· пороговой дозой, вызывающей лучевую болезнь, считается 1 Зв . Лучевая болезнь проявляется в виде тошноты, рвоты, кишечных спазмов, чувства усталости, апатии, повышенного потоотделения, головной боли;

· доза около 2 Зв может вызвать тошноту, головную боль, наблюдается снижение уровня лимфоцитов и тромбоцитов примерно на 50 %. Нормальные уровни восстанавливаются относительно быстро;

· при дозе около 3 Зв наблюдается рвота, слабость, высокая температура, обезвоживание организма, выпадение волос. Существует небольшой риск смерти, выжившие выздоравливают в течение нескольких недель или месяцев;

· при дозе 4–6 Зв происходит поражение слизистых оболочек внутренних органов и тканей костного мозга. 4 Зв создают существенную угрозу жизни, 5 Зв означают высокую вероятность смерти, а 6 Зв без интенсивного медицинского лечения почти определенно
означают смерть;

· при дозе свыше 6 Зв шансы выжить дольше нескольких недель весьма малы;

· при дозе свыше 10 Зв наступает смерть от обезвоживания.

Стохастическими эффектами считаются такие, для которых от дозы зависит только вероятность возникновения поражений, а не их тяжесть. Для стохастических эффектов отсутствует дозовый порог. К стохастическим эффектам относят злокачественные опухоли, индуцированные излучением, а также врожденные уродства, возникшие в результате мутаций и других нарушений в половых клетках. Стохастические эффекты не исключаются при малых дозах, так как не имеют дозового порога. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. Раковые заболевания проявляются спустя много лет после облучения, как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. Врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, проявляются лишь в следующем или последующих поколениях (дети, внуки и более отдаленные потомки). Изучение генетических последствий облучения связано с большими трудностями. Невозможно отличить наследственные дефекты, полученные при облучении, от тех, которые возникли совсем по другим причинам. Около 10 % всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты. Генетические нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменения числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах.

Теоретически достаточно самой малой дозы, чтобы вызвать такие последствия, как рак или повреждение генетического аппарата. В то же время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Однако вероятность (или риск) наступления таких последствий больше у человека, который был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

В 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН основала Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР ООН). Комитет систематически анализирует все природные и искусственные радиоактивные источники в окружающей среде или используемые человеком. В своей работе НКДАР опирается на два основных допущения:

1) не существует пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком; любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком для человека, получившего эту дозу;

2) вероятность (риск) заболевания раком возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

НКДАР полагает, что при таком допущении возможна переоценка риска в области малых доз, но вряд ли возможна его недооценка.

Согласно имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучения, стоят лейкозы. По оценкам НКДАР, от каждой дозы облучения в 1 Зв от лейкозов в среднем умерли бы 2 человека из 1000. Самыми распространенными видами рака, вызванными действиями радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. По оценкам НКДАР, примерно у 10 человек из 1000 облученных отмечается рак щитовидной железы, а у 10 женщин из 1000 - рак молочной железы (в расчете на каждый зиверт индивидуальной поглощенной дозы). Однако обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы особенно низка. Рак легких тоже принадлежит к распространенным разновидностям раковых заболеваний среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, 5 человек из 1000 умерли бы от рака легких в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения.

Рак других органов и тканей встречается реже среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, из 1000 человек от рака желудка, печени или толстой кишки умер бы 1 человек (в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения). Риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей составляет от 0,2 до 0,5 на каждую тысячу человек (в расчете на каждый зиверт индивидуальной дозы облучения).

Учеными получены неоспоримые доказательства вредного действия низкоинтенсивной радиации на отдельные системы живых организмов и на организм в целом . Малые дозы очень коварны, они провоцируют у человека разнообразные заболевания, которые обычно врачи не связывают с прямым действием радиации. Уровень наших знаний не позволяет в настоящее время однозначно принять определенные механизмы биологического действия малых доз радиации. Есть основания считать, что и для стохастических эффектов существует порог, величина которого остается невыясненной.

Лучева́я боле́знь - заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений и характеризующаяся симптомокомплексом, зависящим от вида поражающего излучения, его дозы, локализации источника радиоактивных веществ, распределения дозы во времени и теле человека.

У человека лучевая болезнь может быть обусловлена внешним облучением и внутренним - при попадании радиоактивных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт или через кожу и слизистые оболочки, а также в результате инъекции.

Общие клинические проявления лучевой болезни зависят, главным образом, от полученной суммарной дозы радиации. Дозы до 1 Гр (100 рад) вызывают относительно лёгкие изменения, которые могут рассматриваться как состояние предболезни. Дозы свыше 1 Гр вызывают костно-мозговую или кишечную формы лучевой болезни различной степени тяжести, которые зависят главным образом от поражения органов кроветворения. Дозы однократного облучения свыше 10 Гр считаются абсолютно смертельными.

Первый период (1-2 суток) характеризуется появлением головокружений, головных болей, общего недомогания, слабости. Могут иметь место покраснения кожи, слизистых оболочек, носовые кровотечения, расстройства сердечной деятельности, тошнота, рвота, поносы. Появляются слезоточение, учащенное мочеиспускание. Развивается лихорадочное состояние.

Большие дозы приводят к смерти уже в первом периоде.
Второй период характеризуется улучшением общего состояния и исчезновением острых симптомов, самочувствие пострадавшего улучшается и он как бы выздоравливает. Но несмотря на улучшение самочувствия пострадавшего, болезнь прогрессирует. Об этом свидетельствует картина крови. Количество белых кровяных шариков катастрофически падает. Скрытый период протекает в зависимости от дозы в среднем около недели (от нескольких дней до 2-3 недель).

В третьем периоде вновь возникают клинические симптомы: головная боль, рвота, понос. Повышается температура, падает вес больного. В коже, слизистых оболочках, внутренних органах развиваются множественные кровоизлияния. Количество белых кровяных шариков продолжает резко уменьшаться. Развиваются тяжелая ангина и общее заражение организма (сепсис).
Четвертый период наступает через 2-3 недели. В этом периоде или наступает медленное выздоровление с временными ухудшениями, продолжающееся неделями или месяцами, или заболевание приводит к смерти.
Течение острой лучевой болезни в зависимости от дозы облучения может быть различным по тяжести. Выздоровление или смерть могут наступить в любом периоде.

I степень (легкая) возникает при воздействии ионизирующего излучения в дозе 1-2,5 Гр. Первичная реакция отмечается через 2-3 часа послу облучения, для неё характерно головокружение и тошнота. Латентная фаза продолжается от 25до 30 суток. В первые 1-3 дня количество лимфоцитов (в 1 мкл крови) снижается до 1000 - 500 клеток (1-0,5 109/л), лейкоцитов в разгаре болезни - до 3500-1500 (3,5 - 1,5 109/л), тромбоцитов на 26-28-е сутки - до 60 000-10 000 (60-40 109/л. Инфекционные осложнения возникают редко, изменений кожи и слизистых оболочек и кровоточивости не наблюдается. Восстановление медленное, но полное.
II степень (средней тяжести) развивается при воздействии ионизирующего излучения в дозе 2,5 - 4 Гр. Первичная реакция проявляется через 1 - 2 часа в виде головной боли, тошноты, иногда рвоты. Может появиться эритема кожи. Латентная фаза продолжается от 20 - 25 суток. Число лимфоцитов в первые 7 суток снижается до 500, число гранулоцитов в фазе разгара (20 - 30-е сутки) - до 500 клеток в 1 мкл крови (0,5 109/л); СОЭ - 25 - 40 мм/ч. Для этой степени характерны инфекционные осложнения, изменения слизистой оболочки рта и глотки, при числе тромбоцитов менее 40 000 в 1 мкл крови (40 109/л) выявляются незначительные признаки кровоточивости - петехии в коже. Возможны летальные исходы, особенно при запоздалом и неадекватном лечении.
III степень (тяжелая)возникает при воздействии ионизирующего излучения в дозе 4 - 10 Гр. Первичная реакция резко выражена, наступает через 30 - 60 минут в виде повторяющейся рвоты, повышению температуры тела, головной боли, эритеме кожи. В первые сутки количество лимфоцитов составляет 300 - 100, лейкоцитов с 9 -17-го дня - менее 500, тромбоцитов - менее 20 000 в 1 мкл крови. Латентная фаза длится от 10 до 15 дней. В разгаре болезни наблюдается выраженная лихорадка, поражаются слизистая оболочки рта и носоглотки, развиваются различные инфекции - бактериальные, вирусные, грибковые) в легких, кишечнике и других органах, умеренная кровоточивость. В первые 4 - 6 недель возрастает частота летальных исходов.
IV степень (крайне тяжелая) возникает при воздействии ионизирующего излучения в дозе более 10 Гр. При этой степени развивается глубокое нарушение кроветворения, которое характеризуется ранней стойкой лимфопенией - менее 100 клеток в 1 мкл крови (0,1 109/л), агранулоцитозом, начиная с 8-х суток тромбоцитопенией - менее 20 000 в 1 мкл крови (20 109/л), а затем анемией. Увеличение дозы облучения приводит к более сильному проявлению всех симптомов, сокращению продолжительности латентной фазы. При этом первостепенное значение приобретают поражения других органов - кишечника, кожи, головного мозга, а также общая интоксикация. Летальный исход наблюдается практически в 100% случаев.

Нарушение кроветворения и системы крови . Отмечается уменьшение числа всех форменных элементов крови, а также функциональная их неполноценность. В первые же часы после облучения отмечается лимфопения, позднее - недостаток гранулоцитов, тромбоцитов и еще позже - эритроцитов. Возможно опустошение костного мозга. Характерным признаком лучевой болезни является геморрагический синдром . В патогенезе этого синдрома наибольшее значение имеет снижение количества тромбоцитов, содержащих биологические факторы свертывания крови. Причиной тромбоцитопении является не столько разрушение тромбоцитов, сколько нарушение созревания их в костном мозге. Большое значение имеет нарушение способности тромбоцитов к склеиванию, так как именно при агрегации тромбоцитов выделяются из них биологические факторы свертывания крови. Кроме того, тромбоциты играют важную роль в поддержании целостности сосудистой стенки, ее упругости и механической резистентности.

Нарушение структуры сосудистой стенки приводит к функциональной неполноценности сосудов и нарушению кровообращения в тех сосудах, где происходит обмен веществ между кровью и клетками. Паралитическое расширение и переполнение кровью системы микроциркуляции, истинны и капиллярный стаз усугубляют дистрофические и дегенеративные изменения в тканях, обусловленные прямым действием излучения и первичными радиохимическими реакциями.

Если в результате хромосомных повреждений клетка не погибает, изменяются ее наследственные свойства. Соматическая клетка может подвергнуться злокачественному перерождению, а хромосомные аберрации в половых клетках приводят к развитию наследственных болезней.

Снижается иммунная реактивность . Активность фагоцитоза понижена, образование антител угнетено или полностью подавлено, поэтому инфекция - наиболее раннее и тяжелое осложнение облучения. Ангина носит некротический характер. Часто причиной гибели больного является пневмония.

Бурно развивается инфекция в кишечнике. Патология пищевого канала - одна из причин гибели организма. Барьерная функция слизистой оболочки кишечника нарушена, что приводит к всасыванию в кровь токсинов и бактерий. Нарушение функции пищеварительных желез, кишечная аутоинфекция, тяжелое состояние полости рта приводят к истощению организма.

Нарушение со стороны нервной системы . Структурные изменения не всегда соответствуют функциональным, и в этом смысле нервная ткань обладает очень высокой чувствительностью по отношению к любым воздействиям, в том числе к радиационным. Буквально через несколько секунд после облучения нервные рецепторы подвергаются раздражению продуктами радиолиза и распада тканей. Импульсы поступают в измененные непосредственным облучением нервные центры, нарушая их функциональное состояние. Изменение биоэлектрической активности головного мозга можно зарегистрировать в первые же минуты после облучения. Таким образом, нервно-рефлекторная деятельность нарушается до появления других типичных симптомов лучевой болезни. С этим связаны вначале функциональные, а затем и более глубокие нарушения функций органов и систем.

Попавшие в организм радионуклиды участвуют в обмене веществ по принципу, аналогичному тому, как это происходит для их стабильных изотопов: они выводятся из организма через те же самые выделительные системы, что и их стабильные носители.

Основное количество радиоактивных веществ выводится через желудочно-кишечный тракт и почки, в меньшей степени – через легкие и кожу. У беременных и лактирующих животных часть ра­дионуклидов выделяется с плодом и молоком.

Скорость выведения радионуклидов зависит от их природы, а также от вида, возраста, физиологического состояния животных и ряда других факторов.

Время, в течение которого исходное количество ра­дионуклида уменьшится вдвое, называют эффективным периодом полувыведения. Снижение концентрации радиоизотопов про­исходит за счет двух основных факторов: физического их распада и истинного выведения. Эффективный период полувыведения долгоживущих изотопов определяется в основном биологическим периодом полувыведения, короткоживущих – периодом полураспада.

На эффективный период полувыведения влияют вид, возраст, функциональное состояние организма, особенности поступления, распределения радионуклидов и другие факторы.

Период полураспада Иод-131 8,02070 суток

В связи с бета-распадом, иод-131 вызывает мутации и гибель клеток, в которые он проник, и окружающих тканей на глубину нескольких миллиметров.

30% короткоживущего йода-131 при поступлении в организм человека накапливается в щитовидной железе, остальные 70% распределяются равномерно по всему организму. Суточная потребность в нерадиоактивном йоде - 150 мкг. Йод поступает в организм с воздухом, водой, пищей, причем на море с воздухом может поступать до 35 мкг йода в сутки. Йод долго задерживается в щитовидной железе: биологический период его полувыведения - 120 суток, из остального организма - 12 суток. Эффективный период полувыведения - 7,5 суток. Наличие его в организме можно определить с помощью счетчика излучения человека - в щитовидной железе (110 Бк) и в моче (3,7 Бк/л).

Стро́нций-90 Период полураспада 28,79 лет

Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. За счёт отложения в костной ткани, он облучает костную ткань и костный мозг. Так как у красного костного мозга взвешивающий коэффициент в 12 раз больше, чем у костной ткани, то именно он является критическом органом при попадании стронция-90 в организм, что увеличивает риск заболевания раком костного мозга. А при поступлении большого количества изотопа может вызвать лучевую болезнь.

Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии.

В окружающую среду 90 Sr попадает преимущественно при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Стронций радиоактивный, образовавшийся при взрывах, попадает в почву и воду, усваивается растениями и затем с растительной пищей или с молоком животных, питающихся этими растениями, проникает в организм человека.

Эффективный период полувыведения Sr 90 из организма человека составляет 15,3 года. Таким образом, в организме создается постоянный очаг радиоактивности, воздействующий на костную ткань и костный мозг. Исходом такого облучения в отдаленные сроки могут быть лучевые остеосаркомы и лейкозы.

Цезий-137 период полураспада 30,1671 лет

Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа (через неповрежденную поверхность кожи проникает только 0,007 % нанесенного препарата цезия, через обожженную - 20 %; при нанесении препарата цезия на рану всасывание 50 % препарата наблюдается в течение первых 10 мин, 90 % всасывается только через 3 часа). Около 80 % попавшего в организм цезия накапливается в мышцах, 8 % - в скелете, оставшиеся 12 % распределяются равномерно по другим тканям

Биологический период полувыведения накопленного цезия-137 для человека принято считать равным 70 суткам (согласно данным Международной комиссии по радиологической защите). Тем не менее, скорость выведения цезия зависит от многих факторов - физиологического состояния, питания и др. (например, приводятся данные о том, что период полувыведения для пяти облученных человек существенно различался и составлял 124, 61, 54, 36 и 36 суток)

Развитие радиационных поражений у человека можно ожидать при поглощении дозы примерно в 2 Гр и более. Симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью при гамма-облучении: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния. Характерны типичные для острой лучевой болезни изменения в картине крови. Дозам в 148, 370 и 740 МБк соответствуют лёгкая, средняя и тяжелая степени поражения, однако лучевая реакция отмечается уже при единицах МБк.

239Pu имеет период полураспада 2,4х10^4 лет.

Период полураспада плутония-238 составляет 87,7(1) года.

При поступлении с водой и пищей, плутоний менее ядовит, чем такие известные вещества, как кофеин, ацетаминофен, некоторые витамины, псевдоэфедрин и множество растений и грибов. Он чуть менее вреден этилового спирта, но вреднее табака и, тем более, всех запрещённых наркотиков. С химической точки зрения при приёме внутрь, он ядовит как свинец и другие тяжёлые металлы (Кто пробовал, утверждают, что у плутония типичный вкус металла). Спорообразующие палочки, вызывающие ботулизм, бактерии вызывающие столбняк, мухоморы и т.п. намного страшнее плутония. Не так уж опасен плутоний и при вдыхании – с точки зрения ингаляции это – рядовой токсин (примерно соответствует парам ртути).

Тем не менее, плутоний, естественно, опасен, т.к. при вдыхании и при приёме пищи, концентрируется непосредственно в кроветворных участках костей и может вызвать заболевание даже через много лет после поступления в организм. Особенно опасно попадание радиоактивных веществ внутрь организма. В связи с тем, что α-излучение плутония производит большие необратимые изменения в скелете, печени, селезёнке и почках, все изотопы плутония относят к группе элементов с особо высокой радиотоксичностью (группа А токсичности). Эти изменения трудно диагностировать; они не проявляются настолько быстро, чтобы можно было принять меры

к искусственному выведению плутония с помощью растворов комплексующих реагентов.

Плутоний может попадать в организм через раны и ссадины, путем вдыхания или заглатывания.

Однако наиболее опасный путь попадания его в организм - поглощение из легких.

Плутоний в своём четырехвалентном состоянии уже в течение нескольких суток на 70-80% отлагается в тканях печени человека и на 10-15% - в костных тканях.

Попавший в организм плутонии выделяется медленно. Скорость выделения такова, что через 50 лет после попадания в организм остается 80% усвоенного количества. Период биологического полувыведения плутония 80-100 лет при нахождении в костной ткани, т.о. концентрация его там практически постоянна. Период полувыведения из печени - 40 лет. Хелатные добавки могут ускорить выведение плутония. Максимально допустимым содержанием плутония в организме считается такое количество, которое может находиться неограниченное время в организме взрослого человека, не причиняя ему вреда. В настоящее время эта величина для 239Pu установлена равной 0,047 мккюри что эквивалентно 0,75 мкг.

Противолучевая защита физическая - применение специальных устройств и способов для защиты организма от действия внешних ионизирующих излучений или попадания радиоактивных веществ в организм. Существуют стационарные и передвижные защитные устройства. К передвижным защитным устройствам относятся широко используемые в радиологической практике ширмы и экраны. Стационарными являются защитные стены, окна, двери и др., обеспечивающие защиту от источников излучения более надежно, чем передвижные устройства. Толщина и выбор защитного материала для стационарной защиты определяются видом используемого излучения и его энергией. Защиту от γ- или рентгеновского излучений обеспечивают с помощью материалов, имеющих высокий удельный вес (кирпич, бетон, свинец, вольфрам или свинцовые стекла). С возрастанием энергии излучения удельный вес защитного материала или его толщина должны увеличиваться. Качество защиты выражается свинцовым эквивалентом (который определяется толщиной слоя свинца в миллиметрах), ослабляющим излучение данного вида в такой же степени, как и использованный защитный материал. Защиту от нейтронного излучения или протонного излучения осуществляют материалами, имеющими в своем составе водород (например, вода, парафин, органическое стекло).

Продовольствие в зависимости от степени зараженности вывозится полностью или частично в незараженный район и подвергается дезактивации. В некоторых случаях продовольствие может быть оставлено на месте; для последующего снижения зараженности в пределах допустимых уровней.

При вывозе из зараженного района продовольствие, погруженное на автомашины, укрывается сверху и с боков чистыми (незараженными) кусками брезента. На некотором удалении от района заражения автомобиль обтирают (обмывают) и затем направляют к месту разгрузки. При разгрузке все продовольствие обязательно подвергается дозиметрическому контролю и рассортировывается на незараженное, зараженное в пределах допустимых уровней и зараженное выше допустимых уровней.

Незараженное и зараженное в пределах допустимых уровней продовольствие направляется на склад, причем продукты, зараженные в пределах допустимых уровней, размещаются отдельно от незараженных и выдаются на довольствие в последнюю очередь.

Продукты, зараженные выше допустимых уровней, подвергаются дезактивации. Заключение о пригодности этих продуктов в пищу после дезактивации дает медицинский врач. Продовольствие, заготавливаемое из местных средств, подвергается тщательному дозиметрическому контролю.

При хранении продовольствия в твердой негерметической таре сначала дезактивируется тара, после этого продукты извлекаются из тары и подвергаются дозиметрическому контролю для установления необходимости их дезактивации.

Дезактивация продовольствия производится на специальных площадках, оборудованных стеллажами для хранения продуктов и столами для их обработки. Площадки обеспечиваются бочками или баками для обмывания продуктов, носилками, ведрами, щетками и другим необходимым инвентарем. Для удобства проведения дезактивации продовольствие группируется по видам упаковки: продовольствие в бочках, в ящиках и герметичной таре (консервы), в ящиках и картонных коробках, в тканевых и бумажных мешках и т. д.

После дезактивации продовольствие направляется на чистый участок площадки, где подвергается вторичному дозиметрическому контролю. При выдаче дезактивированного продовольствия со склада в накладных должна быть сделана отметка «дезактивировано».

В зависимости от вида продовольствия, его упаковки, характера и степени заражения дезактивация производится следующими способами:

Удалением зараженного наружного слоя продуктов;

Заменой зараженной тары на чистую;

Обмыванием внешней поверхности тары водой с одновременным обтиранием ветошью.

Готовая пища, оказавшаяся в зараженном районе, подвергается особо тщательному дозиметрическому контролю и в случае заражения подлежит уничтожению.

Для обезвреживания тары в зависимости от материала, из которого она изготовлена, могут применяться следующие способы дезактивации:

Встряхивание и выколачивание;

Обтирание ветошью, смоченной водой или моющим раствором (деревянная, стеклянная и металлическая тара);

Обмывание струей воды или моющего раствора;

Удаление наружного слоя тары (при наличии двойных мешков, деревянной тары, бумажных прокладок и т. п.).

Работы по дезактивации проводятся в индивидуальных средствах противохимической защиты (противогаз, фартук, чулки, перчатки). К работе по дезактивации допускаются только лица, заранее обученные. Лица, имеющие повреждения кожных покровов, к работе не допускаются. У всех работающих ногти должны быть коротко острижены.

Противолучевая защита - это совокупность специальных мероприятий и средств, предназначенных для предохранения организма человека от лучевого воздействия в условиях научно-исследовательской и производственной деятельности.
Существуют физические и химические (биологические) методы и средства противолучевой защиты.

Химическая (биологическая) противолучевая защита. Ослабление лучевого поражения достигается при помощи введения в организм до начала воздействия ионизирующей радиации определенных соединений разнообразных химических классов. В настоящее время известно несколько сотен радиозащитных средств (протекторов) и их комбинаций, которые оказывают противолучевое действие. Средства химической противолучевой защиты обычно классифицируют на основании их общих химических свойств. Так, например, выделяют класс протекторов - аминотиолов, серусодержащих аминокислот, цианофоров и т. д.
По особенностям действия на организм все средства химической противолучевой защиты можно разделить на две группы: 1) средства, действующие при однократном введении; 2) средства, действующие при повторных введениях. К первой группе относят протекторы, которые вводят в организм незадолго до облучения однократно в дозах, оказывающих значительный сдвиг в физиологических и биохимических процессах организма (аминотиолы, цианофоры и др.). Ко второй группе относят некоторые витамины, гормоны.
Средства химической противолучевой защиты первой группы, как правило, оказываются эффективными при облучении животных в смертельных дозах. Средства противолучевой защиты второй группы используют при воздействии излучений в сублетальных дозах.
Механизм действия средств противолучевой защиты первой группы определяется способностью этих соединений образовывать временные связи с биологически важными макромолекулами, вызывать временную, локальную тканевую гипоксию, резко изменять течение всех основных биохимических радиочувствительных реакций к моменту облучения. Механизм действия противолучевой защиты второй группы обусловлен повышением общей радиорезистентности тканей, повышением прочности кровеносных сосудов, активизацией процессов кроветворения и т. п.
К веществам второй группы могут быть отнесены, например, вещества, обладающие свойствами витамина Р (цитрин, морин, гесперидин), аскорбиновая кислота, комбинации витаминов Р и Сидр. Имеются данные о радиозащитном действии биотина, тиамина (витамина B1), витаминов В6 и В12, гормонов эстрадиола, стильбэстрола, адреналина и др.
Особенно эффективно и перспективно комбинированное использование средств противолучевой защиты первой и второй группы. Из многочисленных средств противолучевой защиты в клинической практике при лучевой терапии больных злокачественными новообразованиями нашли пока применение лишь несколько протекторов: β-меркаптоэтиламин (цистамин, меркамин, бекаптан, ламбратен), дисульфидная форма Р-меркаптоэтиламина (цистамин), пропамин, аминоэтилизотиоуроний и некоторые др.
Противолучевую защиту широко используют в радиобиологических лабораториях при изучении первичных механизмов действия ионизирующей радиации на организм и механизмов действия протекторов.
Поиски новых средств химической противолучевой защиты ведутся во многих радиобиологических лабораториях различных стран.

По происхождению миграцию радионуклидов разделяют на несколько типов: природную и техногенную (иногда ее называют антропогенной). По природной миграцией радионуклидов понимают миграцию, вызванную природными явлениями – разливы рек и паводки, пожары, дожди, ураганы и т.д. Под техногенной миграцией понимают движение элементов, обусловленное деятельностью человека – ядерные взрывы, аварии на ядерных энергетических установках, предприятиях по добыче и переработке урана, каменного угля, руды и т.д.)
Существуют отличия в направлении движения радионуклидов в окружающей среде. Выделяют вертикальную миграцию радионуклидов (извержение вулканов, дожди, вспашка почвы, выращивание леса и т.д.), а также горизонтальную миграцию (разливы рек, перенос радиоактивной пыли и аэрозолей ветром, миграция живых организмов и т.д.). Существует смешанный тип миграции радионуклидов (ядерные взрывы, большие пожары, добыча и переработка нефти, производство и внесение минеральных удобрений и т.д.).
Загрязнение радионуклидами наземных и водных экосистем приводит к вовлечению этих элементов в трофические (пищевые) цепочки. Пищевые цепочки представляют собой ряд последовательных этапов по которым осуществляется трансформирование вещества и энергии в экосистеме. Все живые организмы связаны между собой, поскольку они являются объектами питания. При загрязнении одной из цепей радиоактивными веществами осуществляется миграция и последовательное накопление нуклидов в других элементах трофической цепи.

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИИ НА ЧАЭС

В результате аварии на ЧАЭС во внешнюю среду поступило около 10^19 Бк общей активности

радиоактивных веществ, в том числе 6,3⋅10^18 Бк радиоактивных благородных газов. По некоторым оценкам величина выброса считается более высокой.

Формирование радиоактивного загрязнения Беларуси началось сразу после взрыва реактора.

Метеорологические условия движения радиоактивных воздушных масс с 26 апреля по 10 мая 1986 года в совокупности с дождями определили масштабность загрязнения республики. На территории Беларуси в результате сухого и влажного осаждения выпали около 2/3 радиоактивных веществ.

Радиоактивные выбросы привели к значительному загрязнению местности, населенных пунктов,

водоемов. Радиационно-экологическая обстановка в Беларуси характеризуется сложностью и

неоднородностью загрязнения территории различными радионуклидами и присутствием их во многих компонентах природной среды. В начальный период после катастрофы уровни загрязнения короткоживущими радионуклидами йода во многих регионах республики были настолько велики, что вызванное ими облучение квалифицируется как период «йодного удара».

Полученные многочисленные данные за прошедшие после аварии годы свидетельствуют о

серьезных нарушениях у всех категорий населения, подвергшихся воздействию чернобыльской

катастрофы. При этом рост показателей заболеваемости отмечался практически по всем основным классам болезней кровообращения, дыхания, пищеварения, эндокринной, нервной, мочеполовой и других. Различия между категориями пострадавших заключаются лишь в частоте заболеваний по отдельным органам и величине дозы облучения.

В последние годы тенденции к росту заболеваемости пострадавшего населения по основным

классам болезней не наблюдается. Тем не менее, заболеваемость по многим болезням остается

значительно выше, чем не пострадавшего населения.

В первую очередь следует отметить рост болезней щитовидной железы (узловой зоб,

аденома, тиреоидит, гипотиреоз), заболеваемость которыми в 2-4 раза выше, чем у проживающих на незагрязненных территориях. Особое беспокойство вызывает начавшееся с 1990 года резкоеувеличение заболеваемости раком щитовидной железы, обусловленное формированием высоких индивидуальных и коллективных доз облучения населения в результате «йодного удара» в первый период после аварии, зобной эндемией, неправильно проведенной йодной профилактикой. Резко увеличилось число больных раком щитовидной железы среди облученных в возрасте 0-18 лет на момент аварии. В 1999 году в этой группе было зарегистрировано 1105 случаев рака щитовидной железы. Наибольшее число больных детей выявлено в Гомельской и Брестской областях. Радиационно-индуцированный рак щитовидной железы имеет преимущественно папиллярное гистологическое строение. Даже маленькая солитарная опухоль способна прорастать в капсулу железы, соседние ткани шеи и распространяться по лимфатическим путям. Агрессивность карциномы, проявляющаяся экстратиреоидной инвазией и метастазированием, нарастает по мере увеличения размеров первичного очага опухоли.

Популяционная заболеваемость раком щитовидной железы до десятилетнего возраста уже

полностью реализована, заболеваемость по остальным возрастам будет увеличиваться по мере

взросления облученной популяции. В настоящее время наблюдается снижение показателей

заболеваемости раком этой локализации у детей и рост у взрослого населения. Пик

заболеваемости переместился в подростковый и молодежный возраст, т.е. затронул тех, кто на

момент аварии был ребенком.

Серосодержащих веществ реализуется в зависимости от достигнутой концентрации их в клетках радиочувствительных тканей, тогда как производные индолилалкиламинов повышают радиорезистентность тканей и всего организма млекопитающего главным образом благодаря развитию гипоксии вследствие сосудосуживающего фармакологического действия серотонина и мексамина. 

Когда речь идет о чувствительности организма к ионизирующему излучению , рассматривается, как правило, диапазон доз, вызывающих гибель при проявлениях костномозгового синдрома. Пострадиационные изменения в других (не критических) тканях могут оказать значительное воздействие на важные функции организма (зрение, репродуктивные функции), в то же время не оказывая решающего влияния на жизненный исход. В связи с нарушением нервно -гуморальной регуляции в пострадиационный патогенетический механизм вовлекаются все органы и ткани. Радиочувствительность же всего организма у млекопитающих приравнивается к радиочувствительности кроветворных клеток, так как их аплазия, возникающая после общего облучения в минимальных абсолютно смертельных дозах , приводит к гибели организма. 

Изменение радиочувствительности тканей организма имеет большое практическое значение . Данная книга посвящена радиопротекторам, а также веществам, снижающим радиочувствительность организма, однако это не означает, что мы недооцениваем исследования радиосенсибилизаторов их изучение ведется прежде всего в интересах радиотерапии. 

Важным представляется устное сообщение Федорова (1973), который через 3 мес после однократного подкожного введения 5-МОТ в дозе 15-20 мг/кг наблюдал в 55- 75% случаев существенные дегенеративные изменения (вплоть до некроза) в радиочувствительных тканях семенников . Доза 150 мг/кг (подкожно) вызывала такие изменения в 95%, а пероральная доза 100 мг/кг - в 38% случа- 

Гипотензивную реакцию и брадикардию у наркотизированных крыс наблюдали только после второй инъекции (мексамина). В этом опыте отмечено, что цистамин при подкожном введении не вызывает у крыс ни гипотензии, ни брадикардии. Через 5 и 10 мпн после второй инъекции регистрировалось резкое снижение минутного объема крови и систолического объема с уменьшением кровоснабжения радиочувствительных и других тканей. Приток арте- 

Наряду с этим действенная защита людей создается механической (физической) защитой . К ней относится как общая защита в убежищах, подвалах зданий, самих домах, в складках местности и за природными преградами, так и частичная физическая защита преимущественно радиочувствительных тканей, кроветворного костного мозга и слизистой оболочки пищеварительного аппарата. 

Радиочувствительность следует однозначно понимать как синоним поражаемости изучаемых объектов. Каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующего излучения . Дозы облучения , приводящие различные биообъекты к гибели, отличаются в очень широких пределах. Степень радиочувствительности сильно варьирует и в пределах одного вида. Людям также свойственна индивидуальная радиочувствительность. Большую роль играет общее состояние организма, его возраст и пол. Дети крайне чувствительны к действию радиации . Относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, что приводит к аномалиям развития скелета. Крайне чувствителен к действию радиации мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. В этот период у плода формируется кора головного мозга , и существует риск, что в результате облучения матери (например рентгеновскими лучами) родится умственно отсталый ребенок. Облучение мозга ребенка при лучевой терапии может привести к потере памяти, а у очень маленьких детей даже к слабоумию. 

В одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радиочувствительности. Красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах облучения 

У людей с нормальным содержанием жира накопление равновесной концентрации Кг в организме происходит в течение 3 часов, а при повышенном содержании жира в тканях - в течение 9 часов, т. е. гораздо медленнее. При содержании в воздухе 37 кБк/м равновесная концентрация в жировой ткани равна 0,015 Бк/г, в скелете - 0,0048 Бк/г и в мягких тканях - 0,0031 Бк/г . Установлено, что кожа является относительно менее радиочувствительным органом, и поэтому у людей, переживших атомную бомбардировку, в связи с этим не было выявлено фактов увеличения частоты рака кожи. 

Успех лучевого метода лечения, несмотря на новые технические возможности радиологической аппаратуры, определяется главным образом биологическим действием ионизирующего излучения . При создании больших поглощенных доз в глубоко расположенных очагах опухолевого роста не исключено повреждение здоровых тканей вследствие возможного недостаточного различия в радиочувствительности здоровых и опухолевых клеток. Эффективность радиационного воздействия на опухоль можно повысить, увеличив чувствительность опухолевых клеток к облучению, воздействуя на них химическими агентами - радиосенсибилизаторами опухолевых клеток к облучению. Непременным условием применения химических радиосенсибилизаторов является избирательная сорбция их опухолевыми клетками . Изучение возможностей 

Естественно предположить, что поступление ДНК-аз в кровь и мочу в начальные периоды после облучения происходит главным образом за счет радиочувствительных тканей. Действительно, в селезенке, костном мозге , тимусе параллельно накоплению в цитоплазме клеток свободной ДНК через 2 часа после общего облучения наблюдается отчетливое повышение активности ДНК-аз, которое значительно возрастает к 6 час.

До сих пор остается дискуссионным вопрос о том, является ли увеличение активности ДНК-азы в тканях мнимым, обусловленным изменением в клеточных популяциях (гибелью и исчезновением радиочувствительных лимфоцитов, менее богатых ДНК-азой, и преобладанием в ткани радиорезистентных ретикулярных клеток с высоким содержанием ДНК-азы) или же в оставшихся неразрушенных клетках действительно увеличивается активность этих ферментов. С нашей точки зрения , вполне убедительно заключение, сделанное Кузиным о том, что наблюдаемое постоянство активности ДНК-аз на весь орган (например, селезенку, тимус) в первые 24 часа после общего облучения, установленное рядом авторов, при значительном распаде радиочувствительных клеток и падении веса органа, может быть только при увеличении активности ДНК-аз в оставшихся клетках. Значительная доля увеличивающейся ДНК-азной активности в крови и моче в первые 24 часа после облучения животных обусловлена распавшимися клетками в радиочувствительных тканях. 

Чтобы избежать неудовольствия авторов, данные которых мне предстоит изложить, я должен описать точку зрения , с которой рассматривал их работы. При объяснении явлений, обусловленных действием многочисленных факторов, многие из которых не поддаются достаточному контролированию, необходимо начать с каких-то предположений. Я предположил, во-иервых, что все основные принципы , о которых уже говорилось, установленные на простых системах , полностью сохраняют свое значение для клеток, облученных в составе организованной ткани, и, во-вторых, что единственное внешнее физиологическое отличие, влияющее на радиочувствительность клеток,- это напряжение кислорода в окружающей их среде. На основании этих предположений я склонен подозревать, что получение атипичных кривых выживания клеток в опытах со сложными системами свидетельствует лишь о многообразии случайных физиологических влияний, отражающихся на определении выжившей фракции. 

Излучение влияет на биологические системы в различных направлениях. Наименьшие дозы, даже такие низкие, как те, которые обусловлены природными причинами -космическими лучами и естественной радиоактивностью (- 0,1 po/soo),- могут вызывать мутации, большинство из которых оказывают вредное действие В то же время достаточно больщие дозы могут убить организм сразу. Между двумя крайностями существует широкий диапазон чувствительности к излучению. Удобной характеристикой радиочувствительности является та доза, которую следует сообщить популяции -при обычных лабораторных мощностях дозы - для того, чтобы убить 50% ее особей за точно определенное время , LDss- Типичные величины для различных организмов даются в табл. 61. Можно видеть, что, как правило, чем больше организм и чем он сложнее, тем меньше летальная доза . Простым вычислением можно показать, что летальные дозы соответствуют малому количеству первичного химического изменения . Можно принять, что типичная летальная доза у-лу-чей для животного равна 500 / это соответствует З-ЮЦ ав на I г ткани. Вероятно, разумно допустить, что на кажды)е 

В интервалах до 10 мин после инъекции значительно снижался кровоток в бедре и слюнных железах . В селезенке он не изменялся. В тонкой кишке кровоснабжение существенно возрастало в течение первых 10 мин. Во всех этих радиочувствительных тканях кровоток заметно уменьшался лишь спустя 20 мин после инъекции цистамина ,. У самцов крыс в данный срок после внутрибрюшинного введения цистамина (50 мг/кг) кровоток наиболее выраженно снижается в семенниках необлученных и облученных в дальнейшем крыс . На гемодинамические сдвиги у крыс, прослеженные до трех суток после введения цистамина (50 мг/кг), не влияло тотальное гамма-облучение в дозе 7,7 Гр . 

Одновременное однократное внутримышечное введение комбинации цистамина (24 мг/кг) н мексамина (4 мг/кг) в соотношении 6 1 обусловливает резкое снижение минутного объема крови приблизительно на 50%, уменьшение систолического объема и артериального давления и ухудшение кровотока в радиочувствительных тканях крыс [Кипа et al., 1982а]. 

Испытанная внутримышечная комбинация цистамина (24 мг/кг), с мексамином (4 мг/кг), несмотря на положительное защитное действие у мышей и крыс, не обеспечивала защиты от летального действия тотального облучения у морских свинок . Комбинация протекторов значительно (на 45-50%) снижала парциальное давление кислорода в селезенке мышей, а в селезенке крыс и подкожной клетчатке морских свинок -на 30%. Падение парциального давления кислорода происходило в течение первых 10 мин после инъекции [Кипа, Molitor, 1979]. У мышей и крыс оно сохранялось до 1 ч после введения, у морских свинок через 20 мин начиналось постепенное возвращение давления кислорода к нормальным ве тичинам. По данным Жеребченко (1971), уменьшение давления кислорода в радиочувствительных тканях животных ниже 50% исходного уровня резко повышает их радиорезистентность . Этот вывод находится в полном соответствии с результатами наблюдений за защитным действием примененной нами комбинации цистамина и мексамина. 

Никакой особой радиочувствительностью опухолевые клетки не обладают. В среднем радиочувствительность опухолевых и нормальных клеток одинакова. Актуальной задачей клинической радиобиологии является поиск условий, при которых поражеш1е здоровых тканей будет минимальным, а опухоли - максимальным. 

Управление радиочувствительностью при лучевой терапии сводится к разработке способов применеЕшя химических и физических агентов, модифицирующих действие ионизирующих излучений с целью усиления лучевого поражения опухоли. Достигнуть этого можно путем применения сенсибилизаторов в расчете на их преимущественное действие на опухолевые ткани или с помощью протекторов в расчете на преимущественное действие в отношении здоровых тканей, что позволит увеличить дозы облучения опухоли. 

Радионуклиды для терапии. В последние годы в связи с ростом онкологических заболеваний активно ведутся поиск и исследование PH, которые обладали бы оптимальными для радиотерапии свойствами. Биологическое поведение PH, а именно, особенности распределения и накопления нуклидов в организме, скорость захвата и время жизни в отдельных органах, антигенные проявления, а также характеристики самих опухолевых образований (радиочувствительность размер, влияющий на проницаемость излучения близость расположения к здоровым тканям и органам степень гетерогенности поглощения радиационной дозы в зависимости от региональных изменений потока крови в опухоли) служат основой для выбора терапевтических PH. По мнению медиков радиотерапия имеет меньший риск с точки зрения возникновения вторичных нежелательных явлений, например, лейкемии, по сравнению с химиотерапией и лучевой терапией на пучках частиц. Такое заключение было сделано по результатам многолетних исследований с и Наиболее эффективной считают радиоиммунотерапию (РИТ) с мечеными моноклональными антителами (МКАТ) как дополнение к другим формам воздействия (химиотерапия , хирургическое вмешательство), особенно на начальной стадии появления опухолевых клеток. 

Поэтому значительно больший радиобиологический интерес имеют исследования изменения состояния нуклеиновых кислот при облучении живых клеток в изолированном состоянии или входящих в ткани высших организмов. Роль прямого, непрямого и дистанционного действия радиации на состояние ДНК в клетке остается в центре внимания. Радиацианяо-химические исследования показали, что продукты радиолиза воды могут вызывать эффективные изменения в молекуле ДНК, наблюдаемые и при прямом действии радиации. Многочисленные факты различной радиочувствительности ДНК в различные фазы развития 

Распад дезоксирибонуклеонротеида (ДНП) в радиочувствительных тканях облученного организма и его возможные механизмы. 

Из литературы известно, что после тотального облучения животных различных видов дозами, вызывающими лучевое заболевание, одним из ведущих проявлений лучевого поражения является распад клеточных элементов , особенно выраженный в радиочувствительных тканях, в основе которого лежат нарушения ядерных структур , в частности дезоксирибонуклеонротеида

Среди тканей млекопитающих наиболее удобной моделью для изучения механизмов регуляции синтеза ДНК служит регенерирующая печень крысы . В течение 30-40 час. в ткани регенерирующей печени синхронизованы процессы синтеза ДНК и наступления митозов. Период длится 16-20 час., синтез ДНК завершается примерно через 28 час. после гепатоэктомии, а митотический индекс достигает максимума на 30-х часах регенерации. Облучая животных через определенные промежутки времени после операции и исследуя затем активность отдельных

При высоких дозах облучения часть клеток полностью теряет способность к делению. При малых дозах деление задерживается на некоторое время, а затем может стать даже выше исходного. Следовательно, реакция различных структурно-функциональных биологических систем на облучение не однозначна. Поэтому введено понятие радиочувствительности и радиоустойчивости или радиорезистентности.

Радиочувствительность - сравнительная характеристика степени структурно-функциональных нарушений различных клеток, тканей и организмов при воздействии на них одной и той же дозы ионизирующего излучения.

Другая формулировка отражает пороговое состояние, показывающее способность различных клеток, тканей и организмов реагировать на минимальные дозы облучения структурно-функциональными изменениями.

Радиоустойчивость - способность клеток, тканей и организмов переносить высокие дозы ионизирующего облучения. За оценочный критерий берётся летальная или полулетальная доза.

В 1906 году Бергонье и Трибондо сформулировали закономерность, отражающую радиочувствительность клеток и тканей, согласно которой она прямо пропорциональна уровню организаии, интенсивности репродуктивных и обменных процесссов и обратно пропорциональна степени дифференцировки этих структур.

Дозы ионизирующих излучений, дающие определенный патологического эффект, у каждого биологического объекта свои, то есть наблюдается различная чувствительность к ним.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления – деления ядра.

При высоких дозах облучения часть клеток полностью теряет способность к делению. При малых дозах деление задерживается на некоторое время, а затем может стать даже выше исходного. Следовательно, реакция различных структурно-функциональных биологических систем на облучение не однозначна. Поэтому введены понятия радиочувствительности и радиоустойчивости или иначе радиорезистентности.

В 1906 году Бергонье и Трибондо сформулировали закономерность, отражающую радиочувствительность клеток и тканей, согласно которой она прямо пропорциональна интенсивности репродуктивных и обменных процесссов и обратно пропорциональна уровню организации и степени дифференциации этих структур.

Радиочувствительность живых организмов является важнейшей проблемой среди вопросов, разрабатываемых современной радиобиологией.

Выяснение природы радиочувствительности необходимо для понимания реакций той или иной биологической системы на радиационное воздействие. Практическое значение проблемы определяется прежде всего необходимостью выработки мероприятий, которые модифицируют лучевую реакцию организмов, их тканей, органов и систем, снижающих или увеличивающих лучевое поражение последних.

Радиочувствительность - сравнительная характеристика степени структурно-функциональных нарушений различных клеток, тканей, органов и организмов при воздействии на них одной и той же дозы ионизирующего излучения.

Согласно другой формулировке под радиочувствительностью понимается пороговое состояние, показывающее способность различных клеток, тканей, органов и организмов реагировать структурно-функциональными изменениями на минимальные дозы облучения.

Радиоустойчивость - способность клеток, тканей и оргнизмов переносить высокие дозы ионизирующего облучения. За оценочный критерий берётся летальная или полулетальная доза.

Следовательно, чем меньше поглощённая доза ионизирующего излучения, на которую возникает реакция биологической системы, тем радиочувствительность её выше, и, соответственно, чем больше поглощённая доза ионизирующего излучения, которая переноситься биологической системой с сохранением жизнеспособности, тем выше её радиорезистентность.

Чувствительность различных биологических структур от клеток и до целостных организмов к воздействию ионизирующих излучений варьирует в широких пределах и зависит от их структурно-функциональных особенностей.

Различают клеточную, тканевую, органную и организменную, видовую и индивидуальную радиочувствительность.

Радиочувствительность повышается при угнетении эндокринной и иммунной систем, возбуждении центральной нервной системы, наличии хронических заболеваний жизненно важных органов и систем, голодании, экстремальных температурах и других неблагоприятных факторах, снижающих защитные силы организма.

По радиочувствительности наибольший интерес в мире животных представляют млекопитающие, в т.ч. и человек. Однако наиболее она изучена у мелких животных при экспериментальных исследованиях.

Для характеристики радиочувствительности облучённых животных и растений введён оценочный критерий – летальная доза, т.е. минимальная доза ионизирующих излучений, которая приводит к гибели соответственно 50, 75 или 100 % особей. Она скорее отражает радиорезистентность, чем радиочувствительность и поэтому её ещё можно назвать критической дозой.

Для животных и человека за оценочный критерий летальной дозы приняты ЛД 50/30 , ЛД 75 /30 и ЛД 100/30 , т.е. через 30 суток погибает 50, 75 или 100 % облучённых особей.

Установлено, что для большинства родов млекопитающих полулетальная доза не превышает 4-5 Гр, а летальная 8-9 Гр. Среди домашних животных наиболее радиорезистентны кролики (ЛД 50 = 8-10 Гр). При этом молодые животные более радиочувствительны.

Среди животных других классов более высокой радиочувствительностью, чем у млекопитающих обладают: из позвоночных – птицы (ЛД 50 = 8-25 Гр), рыбы (ЛД 50 = 5-20 Гр), амфибии (ЛД 50 = 25-30 Гр). У пресмыкающихся ЛД 50 колеблется в широких пределах: от 15-20 Гр у черепах и до 80-200 Гр у змей.

Беспозвоночные обладают большей радиорезистентностью. ЛД 50 у них составляют 50-300 Гр, а ЛД 100 = 100-500 и даже 1000 Гр.

Для моллюсков ЛД 50 колеблется от 20 до 200 Гр, членистоногих – от 100 до 1000 Гр, кишечнополостных – от 50 до 2500 Гр, амёб – от 1000 до 3000 Гр, инфузорий – от 3000 до 7000 Гр.

Радиочувствительность бактерий и вирусов колеблется в широких пределах: ЛД 50 = 30-60 Гр у кишечной палочки и до 4000-7000 Гр – у репродуцирующих форм вирусов. У последних в покоящейся форме радиорезистентность значительно выше: ЛД 100 = 20000-25000 Гр.

Мхи и водоросли ещё более радиорезистентны. Известно, что некоторые из них живут в водяных теплообменных контурах действующих атомных реакторов.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления ядра.

В результате многолетних исследований и наблюдений была составлена шкала радиочувствительности клеток, тканей, органов, систем, целостных организмов, различных видов животных, человека и растений.

В зависимости от степени структурных нарушений в клетках различают величину действия ионизирующих излучений:

  • незначительное: жиры, хромофильное вещество, пигментные зёрна;
  • выраженное: сетчатый аппарат Гольджи, нейро- и миофибриллы;
  • резко выраженное: ядро клетки, особенно хромосомный аппарат ядра.

Изменения размножения и роста клеток под воздействием ионизирующих излучений протекают с разной интенсивностью. Размножение изменяется в большей мере, чем рост и увеличение массы и объёма клеток. Интенсивная репродуктивная функция и объясняет высокую радиочувствительность.

Митоз клеток некоторых тканей животных ускоряется при малой мощности дозы – 0,1 Р/минуту. Большие мощности дозы резко тормозят, а затем и прекращают митоз.

В жизненном цикле клетки многоклеточного организма различают:

  • митотический или пролиферативный цикл, когда происходит комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологически событий в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления;
  • период выполнения клеткой специальных функций;
  • период покоя, когда клетка может начать подготовку к митозу или станет на путь специализации.

В митотическом цикле различают четыре периода:

1. пресинтетический или постмитотический – G 1

2. синтетический – S

3. постсинтетический или премитотический – G 2

4. митоз – М

В митозе различают фазы:

· профаза – первая стадия деления клетки: конденсация и спирализация хромосом, разрушение ядерной оболочки;

· прометафаза – формироваине аппарата клеточного деления;

· метафаза – движение хромосом к центру клетки и разделение сестринских хромосом;

· анафаза – расхождение хромосом к полюсам клетки;

· телофаза ранняя и поздняя – конечная фаза деления клетки: образование оболочки вокруг из каждой групп хромосом, собравшихся у полюсов; разделение тела клетки; разрушение митотического аппарата; образование ядрышек.

Установлено, что у клеток к ионизирующим излучениям радиочувствительность в митотический или пролиферативный цикл значительно выше.

Наибольшая радиочувствительность к ионизирующим излучениям у клеток отмечается в период митоза и особенно в стадию профазы.

Гипотезы объясняющие причины нарушения деления клеток:

  1. Разрушение веществ, стимулирующих митоз – ауксинов.
  2. Нарушение проницаемости клеточных мембран – цитоплазмы и ядерных мембран.
  3. Накопление веществ, тормозящих деление клетки – АТФ, которая расщепляется аденозинтрифосфатазой. Последняя разрушается при облучении.
  4. Нарушение синтеза нуклеиновых кислот вследствие недостатка ДНК.
  5. Повреждение хромосом – хромосомные аберрации, перестройки.

Установлено, что при повреждении хромосомной ДНК деление клетки задерживается, а затем она обычно погибает.

Различают гибель клеток вследствие облучения:

  • в интерфазу, т.е. до вступления клетки в митоз – смерть под лучом;
  • в репродуктивную стадию – при первом же после облучения митозе.

Асинхронное деление клеток, тканей и органов определяет в них наличие одновременно клеток с различной радиочувствительностью до радиорезистентных, усредняя, таким образом, для каждого вида тканей и органов их радиочувствительность в тех или иных условиях их жизнедеятельности.

Клетки тканей, находящихся в состоянии деления, т.е. пролиферации, в соответствии с законом французских исследователей-физиологов И. Бергонье и Л. Трибондо обладают высокой радиочувствительностью.

Ткани и органы, повреждение которых при облучении организма вызывает существенные нарушения его жизнедеятельности вплоть до гибели, называют критическими.

Радиочувствительность тесно связана с возрастом. Молодняк и старые животные более чувствительны к радиации, чем организмы зрелого возраста. Первые в силу того, что в их организме много активно делящихся клеток, регулирующие системы недостаточно совершенны. Более высокая радиочувствительность у старых животных связана с замедлением процессов регенерации и компенсации.

Радиационные синдромы.

Неодинаковой радиочувствительностью характеризуются не только различные особи одного вида, но разные клетки, ткани, органы, системы органов одного и того же организма. Закономерности протекания биологического эффекта (поражения) при облучении определяются двумя группами факторов. Во-первых, величиной поглощенной организмом эквивалентной дозы и ее распределением в пространстве и времени, во- вторых радиочувствительностью тканей, органов и систем органов, имеющих существенное значение для функционирования организма. Сочетание этих факторов определяет специфику и время проявления эффектов облучения.

Наиболее полно изучена картина поражения ионизирующими излучениями представителей млекопитающих, в т. ч и человека. Как уже отмечалось, ионизирующее излучение являются специфическим, не имеющим аналогов, физическим воздействием на живые системы. В первую очередь специфичность этого облучения определяется высокой проникающей способностью большинства видов ионизирующих излучений. Так, в результате тотального облучения организма рентгеновским, g-, b-, тормозным, нейтронным, протонным излучениями ни один участок организма не остается не облученным. Только в случае a-облучения организм может получить локальное облучение.

В большинстве случаев при облучении животных и человека, возникают изменения в организме, которых принято называть общим термином – лучевая болезнь. Под лучевой болезнью человека и других млекопитающих понимают определенный комплекс проявления поражающего действия ионизирующего излучения на организм. Многообразие лучевых реакций организма зависит от способа облучения (общее, местное, внешнее или внутреннее от инкорпорированных радионуклидов), временного фактора облучения (однократное, повторное, пролонгированное, хроническое). Интенсивность проявлений эффектов облучения зависит также от пространственного фактора, т.е. от размера облученной поверхности и распределения поглощенной дозы в живом организме. По этому фактору, облучение организма может быть тотальным, локальным, равномерным, неравномерным. Самый типичный пример радиационного поражения млекопитающих и человека – это острая лучевая болезнь (ОЛБ). ОЛБ проявляется при однократном тотальном внешнем облучении при эквивалентных дозах более 1 Зв. Для понимания основных закономерностей проявлений лучевого поражения необходимо внести понятие «критический орган». Термином «критический орган» в радиобиологии обозначают жизненно важные ткани, органы или системы органов, у которых нарушается структура и функции при облучении в определенном интервале доз, что обуславливает болезнь или гибель организма через определенное время после облучения. Между величиной поглощенной дозы и средней продолжительностью жизни облученного организма существует строгая зависимость, определяемая различной радиочувствительностью критических органов. Рассмотрим зависимость средней продолжительности жизни облученного организма от величины поглощенной дозы. На рисунке 1 представлены данные экспериментов, определяющих эту зависимость при облучении мышей рентгеновским излучением. Как видно, повышение величины поглощенной дозы от 0 до 10 Гр приводит к снижению продолжительности жизни мышей до нескольких суток. При дальнейшем увеличении дозы облучения (10 –100 Гр) средняя продолжительность жизни животных не изменяется. Облученные в этом интервале доз мыши живут 1- 5 суток. Последующее увеличение поглощенной дозы до 1000 Гр приводит к резкому сокращению продолжительности жизни облученных мышей. В этом интервале доз этот показатель снижается от нескольких суток до нескольких минут. Аналогичные данные о зависимости продолжительности жизни от дозы облучения получены в опытах с многимии животными. Показанный на рисунке специфический характер зависимости продолжительности жизни от дозы облучения определяется радиочувствительностью основных критических органов у млекопитающих: красного костного мозга, желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы. Необратимое поражение этих критических органов обуславливают проявление основных клинических синдромов при облучении человека и млекопитающих: костно-мозгового (кроветворного), желудочно-кишечного, церебрального. Из рисунка 1 видно, что в интервалах доз 0 – 10 Гр гибель мышей обусловлен поражением кроветворной системы, в интервале 10 – 100 Гр- поражением желудочно- кишечного тракта. Быстрая гибель животных при дозах 100 –1000 Гр происходит вследствие поражения центральной нервной системы.

Рис. 1. Зависимость средней продолжительности жизни мышей от величины поглощенной дозы при тотальном однократном облучении рентгеновскими лучами.

Ось ординат – поглощенная доза, Гр; ось абсцисс - средняя продолжительность жизни облученных особей, сут.

Ступенчатый характер кривой, связанный с нарушением структуры и функционирования критических органов получен для многих животных, в т.ч. и для обезьян. Эти экспериментальные результаты с определеенной долей вероятности можно экстраполировать и на человека (рис. 2). Как видно, при дозах облучения в интервале 4-10 Гр средняя продолжительность жизни человека не превышает 40 суток. Гибель облученных при таких дозах происходит вследствие дестабилизации процессов кроветворения (костно-мозговой, кроветворный синдром). При больших дозах (10 –30 Гр) гибель облученных животных происходит вследствие поражения желудочно- кишечного тракта (желудочно-кишечный синдром) и продолжительность жизни особей не превышает 10 суток. При очень высоких дозах (>30 Гр) гибель облучения, продолжительность жизни человека колеблется от нескольких часов до 2 суток и летальный эффект обуславливается поражением центральной нервной системы (церебральный синдром).

Рис. 2. Зависимость средней продолжительности жизни обезьян (человека) от величины поглощенной дозы при тотальном однократном облучении рентгеновскими лучами.

Ось ординат – поглощенная доза, ось абсцисс - средняя продолжительность жизни облученных особей

Ведущая роль этих критических органов в гибели облученных животных, при облучении в соответствуещем интервале доз, показана на многочисленных экспериментах. Так, если экранировать участок костного мозга при тотальном облучении или пересадить смертельно облученным животным костный мозг необлученных животных, можно предотвратить или снизить количество погибших животных в при дозах до 10 Гр. Такие эксперименты проведены на различных животных и они свидетельствуют о том, что гибель особей в этом диапазоне доз обусловлен именно поражением системы кроветворения. О кишечном механизме смерти в диапазоне доз 10 - 30 Гр свидетельствуют эксперименты с локальным облучением выведенного наружу кишечника. В этом случае гибель животных наступает в такие же сроки, как и при тотальном облучении такими же дозами. При локальном облучении головы животных дозами больше 100 Гр, гибель их наступает в первые сутки и часы после облучения, сопровождаясь судорогами, что указывает на поражение центральной нервной системы.

Таким образом, при облучении животных и человека проявляется четкая зависимость степени выраженности радиационных синдромов от поглощенной дозы облучения. Характер такой зависимости обусловлен различиями, имеющимися в системах клеточного обновления соответствующих критических органов.

Устойчивое состояние динамического равновесия любой клеточной популяции в живом организме поддерживается системой клеточного обновления. Потеря любой клетки (вследствие гибели или миграции) в системе восполняется появлением новых клеток, что обеспечивает неизменность функций этой ткани или органа. Различные типы клеток характеризуются неодинаковой продолжительностью жизненного цикла, и соответственно, они различаются и по темпам обновления. В живом организме ежеминутно отмирают сотни тысяч отслуживших свой срок клеток и появляются взамен их новые клетки, которые через определенное время тоже отомрут, заменяясь другим поколением клеток. Такое устойчивое состояние динамического равновесия между гибелью клеток и появлением новых клеток является необходимым условием поддержания жизнеспособности организма. Любой взрослый, нормально функционирующий организм находится в состоянии строго сбалансированного клеточного обновления, которое имеет место в большинстве тканей и органов. Нарушение этого состояния, т.е. клеточного гомеостаза , приводит к гибели организма. Такие процессы, приводящие к нарушению клеточного гомеостаза, и происходят при действии ионизирующей радиации на животные организмы. В первую очередь, гибель млекопитающих при облучении происходит вследствие нарушения функционирования двух самообновляющихся клеточных систем – кроветворной и желудочно- кишечной. При очень высоких дозах облучения, гибель животных наступает вследствие интерфазной гибели клеток центральной нервной системы, которые у взрослых особей практически не возобновляются.

Кроветворный синдром. Красный костный мозг - типичный пример системы клеточного обновления.

Красный костный мозг характеризуется высокой радиочувствительностью и поэтому поражение системы кроветворения в той или иной степени наблюдается при облучении даже в относительно невысоких дозах. На примере красного костного мозга рассмотрим общие принципы функционирования системы клеточного обновления, которые можно экстраполировать и на другие самообновляющиеся системы клеток.

Как известно, основная функция красного костного мозга – продукция дифференцированных зрелых клеток крови – эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов, тромбоцитов. Потеря любой из этих клеток в организме, восполняется образованием в костном мозге новой клетки. В системе клеточного обновления млекопитающих условно можно выделить несколько типов клеток, различающихся по степени зрелости и дифференцированности, так называемых клеточных пулов (рис. 3). Предшественниками клеток крови являются молодые недифференцированные клетки красного костного мозга – стволовые (клоногенные) клетки. Эти клетки способны постоянно делиться, и обеспечивать поступление новых клеток в кровь. Пройдя одно или несколько делений, стволовая клетка дифференцируется, созревает и превращается в какую-либо функционально активную клетку. Деление, дифференцировка, созревание различных типов клеток происходить с такой скоростью, чтобы поддерживать определенное количество тех или иных клеточных элементов в периферической крови. Скорость обновления клеток может варьировать в определенных пределах, в зависимости от физиологического состояния организма. Например, скорость обновления клеток крови повышается при воспалительных процессах.

Рис.3. Схематичное изображение системы обновления клеток крови в организме млекопитающих

Под действием ионизирующих излучений происходят резкие нарушения динамического равновесия между отдельными пулами, что приводит к тяжелым функциональным расстройствам и, в конечном счете, может привести к гибели организма. Нарушение клеточного гомеостаза при этом происходит вследствие временной задержки деления клеток, репродуктивной, и интерфазной гибели молодых недифференцированных клеток, изменения продолжительности процессов клеточного созревания, снижения времени жизни зрелых клеток. В результате этих процессов первые три пула начинают опустошаться сразу в ближайшие часы после облучения. Количество зрелых клеток начинает снижаться значительно позднее, когда естественная убыль их перестает восполняться из-за опустошения соответствующих пулов. В соответствии с правилом Бергонье –Трибондо, наиболее высокой радиочувствительностью отличаются молодые, делящиеся клетки. Так показано, что при дозе 6 – 7 Гр электромагнитного ионизирующего излучения, пролиферативную активность сохраняет всего 2-3 стволовых клеток из каждой тысячи клеток красного костного мозга. В результате облучения происходит подавление процесса образования новых клеток и опустошение пулов различных клеточных элементов в соответствии со временем их жизни.

Опустошение костного мозга начинается сразу после облучения и продолжается до некоторого минимума, после чего число клеток начинает повышаться вследствие регенерации выживших клеток. Относительное количество выживших клеток, продолжительность опустошения клеточных пулов, интенсивность регенерационных процессов зависят от дозы облучения. На рисунке 4 показана динамика изменения выживших клеток при облучении мышей при Д 37 . Как видно, при такой дозе облучения на 6-8 сутки в организме остается всего около 10 % стволовых клеток. Через 10 суток после облучения число клеток начинает увеличиваться вследствие размножения выживших клеток. На 16 сутки количество стволовых клеток составляет уже 70 % от числа стволовых клеток необлученного организма.

Рис.4. Изменение числа стволовых клеток красного костного мозга после облучения мышей при дозе равной Д 37 .

Характер изменения состава клеток в периферической крови облученного организма определяется временем жизни и радиоустойчивостью зрелых клеток крови. Численность наиболее долго живущих клеток крови- эритроцитов (время жизни более 3 месяцев) снижается очень медленно (рис. 5). Скорость уменьшения числа эритроцитов в периферической крови составляет 1 % в сутки от их общего количества (@ 25×10 7 клеток). Такая скорость уменьшения этих клеток обуславливается, в основном, естественной убылью эритроцитов из крови, так эти безьядерные клетки характеризуются относительно высокой радиоустойчивостью. Резкое уменьшение числа гранулоцитов и агронулоцитов в крови после облучения связано с высокой радиочувствительностью этих клеток. При относительно небольших дозах облучения (3-4 Зв) погибают не только молодые, слабодифференцированные клетки в костном мозге, лимфоидной ткани, селезенке, но и зрелые клетки лейкоцитов в составе периферической крови. Как видно из рисунка, через 4-5 суток после облучения, в крови определяется всего около 20 % от общего числа лейкоцитов. Особенно низкой устойчивостью к ионизирующему излучению обладают лимфоциты, а нейтрофилы (гранулоциты) характеризуются относительно высокой устойчивостью. Относительно высокая устойчивость характерна и для тромбоцитов. Экспериментальные кривые, характеризующие обновление тромбоцитов и нейтрофилов, отражают короткую продолжительность жизни этих клеток.

Рис. 5. Изменение количества клеточных элементов периферической крови после облучения мышей рентгеновским излучением в дозе равной Д 37 .

1- эритроциты; 2 – лейкоциты; 3 – тромбоциты; 4 – лимфоциты;

5 – нейтрофилы

Ось абсцисс – время после облучения, ось ординат – доля живых клеток.

Таким образом, основная причина опустошения пула зрелых клеток крови, происходящего в ранние сроки после облучения, заключается в резком торможении процессов клеточного деления в красном костном мозге, селезенке, и гибели определенной части радиочувствительных клеток в периферической крови.

При дозах облучения до 10 Гр гибель мышей наступает с в интервале 6 – 25 суток. Большая часть животных погибает на 10- 12 сутки после облучения, вследствие патологических процессов, вызванных тромбоцитопенией, гранулопенией, агронулопенией . Основными причинами гибели животных являются инфекционные и геммарогические процессы (см. лучевую болезнь). Животные, пережившие этот период, приобретают большие шансы на выживание, т.к. после этого срока функциональный пул крови начинает наполняться за счет деления выживших клеток.

Желудочно-кишечный синдром

Причиной гибели млекопитающих животных и человека, при облучении в дозах превышающих 10 Зв, является поражение желудочно-кишечного тракта. Наиболее радиочувствительным органом в системе желудочно-кишечного тракта является тонкий кишечник. После облучения наблюдается опустошение клеток ворсинок и крипт кишечника. Протекающие при этом процессы аналогичны процессам, рассмотренным выше для клеток крови и красного костного мозга, однако, с другими количественными характеристиками. Дегенеративная и регенеративная фазы у клеток кишечного тракта более кратковременны, чем у клеток крови и красного костного мозга. Стволовые клетки желудочно-кишечного тракта дифференцируются и созревают значительно быстрее, чем клетки крови. Так, если среднее время созревания для разных типов клеток крови составляет 3 – 8 суток, то для клеток желудочно-кишечного тракта - всего 42 – 55 часов. При этом стволовые клетки кишечника более устойчивы к облучению, чем стволовые клетки красного костного мозга. Среднелетальные дозы для первой группы клеток составляют D 37 = 4-6 Гр, для второй группы - D 37 = 1 Гр. В радиационном поражении эпителия кишечника значительную роль играет и интерфазная гибель клеток сразу после облучения. Поэтому опустошение клеток кишечника происходит очень быстро, у мышей, например, крипты тонкого кишечника, опустошаются за 1 – 2 сутки, ворсинки – за 3 – 4 суток. В течение этого срока наблюдается гибель большинства животных при выраженных проявлениях желудочно-кишечного синдрома. При облучении в меньших дозах, вызывающих кроветворный синдром, происходит интенсивное восстановление клеток кишечника, которое полностью заканчивается к 5-6 суткам после облучения.

Таким образом, гибель животных при дозах, вызывающих желудочно-кишечный синдром, определяется в первую очередь, опустошением ворсинок и крипт кишечника. Это приводит к нарушению функционирования пищеварительной и выделительной систем, нарушению баланса жидкостей в организме. Все эти процессы сопровождаются поражением кровеносных сосудов, кровоизлияниями и развитием инфекционных процессов. Определить, какой из этих процессов вносит наиболее существенный вклад в летальный исход животного, практически невозможно. Опыты с облучением животных в стерильных условиях свидетельствуют о важной роли инфекционных процессов в гибели животных.

Церебральный синдром

Действие ионизирующих излучений на клетки центральной нервной системы принципиально отличается от их действия на клетки красного костного мозга и кишечника. При облучении центральной нервной системы практически отсутствуют потери за счет репродуктивной гибели клеток. Как известно, нервная ткань, в основном, состоит из высокодифференцированных клеток, не способных к делению. Соответственно, нервные клетки характеризуются и высокой радиоустойчивостью. Интерфазная гибель нейронов происходит при очень высоких дозах излучения, порядка нескольких сотен Грей. Причем, неизвестно, является ли причиной гибели непосредственное повреждение нервных клеток вследствие облучения, или же гибель клеток опосредована повреждением других систем, в первую очередь, кровеснабжающих сосудов.

Таким образом, в радиобиологии человека и животных, выделяют три основных критических органа (систем), ответственных за гибель организма при однократном тотальном облучении. Однако, при других способах и условиях облучения, критическим органом может стать любой орган или любая ткань, поглотившие определенную дозу ионизирующего излучения. С этих позиций рассмотрим радиочувствительность основных органов человека.

Радиочувстительность отдельных тканей, органов человека

Кожный покров . Клетки кожи активно обновляются и поэтому покровные ткани человека очень чувствительны к действию радиации. Однако, высокая пролифирирующая активность стволовых клеток кожи обеспечивает их высокую регенеративную способность и соответственно, эпидермальные клетки хорошо восстанавливают сублетальные повреждения. Так, значение D q для этих клеток составляет около 5 Гр, тогда как для кроветворных клеток она равняется всего 0,5 Гр. При однократном облучении рентгеновским излучением кожа человека переносит без видимых симптомов поражения дозы до10 Гр. При более высоких дозах облучения возникают видимые повреждения - дерматиты и язвенные поражения кожи.

Органы зрения. Облучение органов зрения млекопитающих относительно невысокими дозами (до 3 Гр) приводит к возникновению воспалительных процессов в склере и коньюктиве. Более высокие дозы (3-10 Гр) вызывают катарактогенные процессы. Катаракта (помутнение хрусталика глаза) у человека наступает при дозах больше 6 Гр. Особенно опасны в этом отношении нейтронное облучение, эффективность которого в несколько раз выше, чем у рентгеновского и g-излучений. Помутнение хрусталика глаза при облучении является первичным диагностическим признаком для определения поглощенной дозы. Причины образования катаракты при облучении полностью не выяснены.

Пищеварительная система . Как отмечалось выше, наиболее радиочувствительным органом этой системы является тонкий кишечник. Поражение клеток тонкого кишечника, в первую очередь, и обуславливает проявление желудочно-кишечного синдрома. Остальные органы пищеварительной системы по убыванию радиочувствительности располагаются в следующем порядке: полость рта, язык, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень. Как видно, наиболее устойчивым органом пищеварительной системы является печень. Так, при однократном локальном облучении печени крыс в дозах до 15 Гр, в клетках не удается обнаружить никаких морфологических изменений. По данным ряда исследователей, значение D 0 для клеток печени крыс составляет около 90 Гр.

Сердечно-сосудистая система . Влияние ионизирующего излучения на сердечно-сосудистую систему мало изучено. Показано, что морфологические изменения в миокарде обнаруживаются при однократном рентгеновском облучении в дозах 5 - 10 Гр. При дозах 15 -20 Гр происходит образование тромбов в сосудах сердца. Кровеносные сосуды более радиочувствительны, чем мышечная ткань сердца. Даже при относительно невысоких дозах электромагнитного излучения наблюдается эритема кожи , вследствие поражения кровеносных сосудов. Показано, что кровеносные сосуды кожи при дозах 4-10 Гр теряют способность к образованию капилляров. Высокую радиочувствительность кровеносных сосудов обуславливается повреждением наружного слоя сосудистой стенки из-за изменений в структуре белка коллагена.

Органы дыхания. Легкие взрослых особей млекопитающих, в т.ч. и человека - стабильный орган с низкой пролиферативной активностью клеток. Поэтому этот орган является относительно радиоустойчивым. Так, при локальном облучении грудной клетки в относительно высоких дозах (10-20 Гр) мыши погибают через 100 -150 суток от легочных пневмонитов. LD 50/160 для мышей при однократном тотальном облучении составила 13 Гр, при 20-ти кратном фракционированном облучении этот показатель возрастает до 45 Гр. Морфологические изменения в тканях легких при облучении в дозе 20 Гр выявляются через 3 месяца после облучения. Длительность проявления радиационных повреждений обуславливается слабым клеточным обновлением в легочных тканях.

Эндокринная система. Железы внутренней секреции состоят из функциональных высокодифференцированных клеток, и соответственно, они характеризуются высокой радиорезистентностью. В то же время, способность к физиологической регенерации этих клеток очень низкая. При тотальном облучении организма, регистрируются нарушения баланса гормонов, в первую очередь, изменяется содержание гормонов щитовидной железы, надпочечников и гонад. Однако, невозможно определить, являются ли эти изменения результатом непосредственного повреждения эндокринных желез или же опосредованно отражают воздействие излучений на другие системы органов и на весь организм в целом.

Центральная нервная система. Клетки нервной системы характеризуются высокой устойчивостью к облучению. Реакции нервной системы на облучение проявляются при очень высоких дозах. Так, неврологические симптомы у крыс наблюдаются через 4-5 суток после облучения головного мозга пучком протонов (диаметр пучка 3 мм) с энергией 200 МэВ при дозе 200 Гр. При меньших дозах (10 -150 Гр) дегенеративные морфологические изменения развиваются в течение более длительного промежутка времени. При увеличении диаметра протонного пучка до 5 мм морфологические изменения в ткани мозга более выражены и проявляются быстрее. Экспериментальные факты свидетельствуют об опосредованном механизме радиационного поражения нервной системы, которая обуславливается, в первую очередь, нарушением кровоснабжения ткани вследствие повреждения кровеносных сосудов. Необходимо отметить, что функциональные изменения в центральной нервной системе, например, изменения условных рефлексов, развиваются уже при дозах 0,1 - 1 Гр, но они не определяют конечного исхода лучевого поражения организма.

Органы выделения. Количество экспериментальных данных о действии ионизирующего излучения на органы выделения очень мало. Наиболее изученными в этом отношении являются почки, которые относятся к радиорезистентным органам. В экспериментах на различных животных показано, что морфологические и функциональные изменения в них появляются только при дозах более 20 Гр. Эксперименты Т. Филлипса на мышах показали, что при локальном облучении в области почек, LD 50/180 составила 24 Гр. Через 16 месяцев этот показатель снизился до 13 Гр. При этом в канальцах и клубочках выявленются дегенеративные изменения, приводящие к почечной недостаточности. Поэтому, при лучевой терапии опухолей брюшной полости, поражение почек является лимитирующим фактором. По некоторым данным, облучение обеих почек в течение 5 недель в дозах выше 30 Гр, может вызвать необратимый хронический нефрит, приводящий к летальному исходу.

Органы размножения. Стволовые клетки, из которых образуются мужские гаметы (сперматозоиды) у млекопитающих, характеризуются крайне высокой радичувствительностью. Вследствие у большинства млекопитающих животных и человека уже при дозах 0,5-1 Гр происходит клеточное опустошение семенников. При поглощенной дозе 2-4 Гр наступает полная стерильность мужского организма. Однако, зрелые сперматозоиды, характеризуются очень высокими показателями радиоустойчивости. В опытах на мышах и крысах показано, что даже при облучении в дозах 1000 Гр, структура и подвижность сперматозоидов не изменяется и соответственно, они сохраняют способность к оплодотворению яйцеклетки. Наступающая после облучения относительно невысокими дозами стерильность самцов носит временный характер и ликвидируется по мере восстановления сперматогенеза вследствие размножения сохранившихся жизнеспособных сперматогониев.

Стерильность самок млекопитающих наступает при более высоких дозах, чем у самцов (у крыс –15-20 Гр) и как правило, она необратима. Необратимость стерилизации связано с тем, что образование женских половых клеток у млекопитющих заканчивается в ранние сроки после рождения. Как известно, у взрослого организма яичники не способны к активной регенерации. Поэтому, если при облучении погибли все потенциальные яйцеклетки, то плодовитость организма утрачивается необратимо.

Контрольные вопросы и задания.

1. Опишите схему проведения опытов с целью определения значений LD 50 при облучении рентгеновскими лучами:

б) плодовых мушек (дрозофилл)

в) дрожжевых клеток

г) вируса табачной мозаики

2. Существует закономерность: чем выше в эволюционном отношении вид, тем выше радиочувствительность особей этоговида. Это означает, что представители высокоорганизованных групп живых организмов менее радиоустойчивы, чем особи, принадлещащие к группам с более простой организацией. Как Вы объясните эту закономерность?

3. Особи одного и того же вида живых организмов характеризуются неодинаковой радиоустойчивостью. Выскажите Ваши соображения для объяснения этого факта.

4. Как Вы понимаете термин «Лучевая болезнь человека»? От каких факторов зависит проявление лучевой болезни.

5. При радиационной аварии несколько человек получили различные дозы ионизирующей радиации. Индивидуальная доза для каждого человека неизвестна. По показаниям стационарного дозиметра видно, что индивидуальная доза у разных облученных людей может составлять от 0,1 Зв до 5 Зв. Как можно определить значение этого показателя для каждого облученного через 1- 2 сутки после облучения?

6. В течение 7-10 суток после облучения человека происходит резкое снижение числа лейкоцитов и лимфоцитов в перефирической крови. В то же время, количество эритроцитов в крови изменяется незначительно. Дайте объяснение этим фактам.

7. Наиболее радиочувствительным органом у млекопитающих является красный костный мозг, наиболее радиоустойчивой – нервная ткань. Почему?

8. Какими причинами обуславливается проявление:

а) желудочно –кишечного синдрома;

б) церебрального синдрома

9. Перечислите основные ткани, органы по повышению их радиочувствительности, начиная с менее радиочувствительных.

10. Какими факторами обуславливается радичувствительность тканей, органов, систем органов, организмов?

11. Мышей облучали гамма-излучением с мощностью поглощенной дозы 1 Гр/мин в течение одного часа. В каком временном интервале погибнет большая часть облученных животных?

Лекция 9 а. Действие ионизирующих излучений на млекопитающих и человека.

Как отмечалось, радиочувствительность млекопитающих, в т.ч. и человека, определяется в первую очередь, радиочувствительностью красного костного мозга, так как именно дегенерация кроветворной системы при тотальном облучении приводит к гибели организма. Поэтому количественным критерием радиочувствительности служат эквивалентные дозы, при которых животные погибают вследствие проявления костно-мозгового синдрома. Количественные характеристики радиочувствительности животных можно получить построив кривые выживания. Для построения кривой выживания, на оси абцисс отмечают экспозиционную, поглощенную или эквивалентную дозу ионизирующего излучения. На оси ординат отмечают количество погибших животных в течение 30 суток, выраженное в процентах. Кривые выживания для млекопитающих имеют S - образную форму. Такая форма кривой выживания обуславливается тем, что гибель отдельных особей начинается при достижении определенной (минимально летальной) дозы. При достижении определенной (абсолютно летальной) дозы погибают все облученные животные (Рис. 1.). Как видно из рисунка, при облучении рентегновскими лучами, гибель мышей начинается при поглощенной дозе 4 Гр. В интервале доз 4 -6 Гр, количество погибших животных повышается незначительно.

Рис. 1. Кривая выживания мышей при тотальном рентгеновском облучении (каждая точка представлена усредненными данными для 20 животных).

Основное количество особей погибает при облучении в интервале доз 6-8 Гр. Как видно, построив кривую выживания, можно оценить дозы, вызывающие гибель определенного количества животных. Наиболее употребляемыми на практике являются значения LD 30 и LD 50 . Из рисунка видно, что имеется значительный разброс показателя выживаемости отдельных особей при облучении в одинаковых дозах. Этот факт свидетельствует о вариабельности признака индивидуальной радиочувствительности у экспериментальных животных. О значительных различиях в индивидуальной чувствительности животных свидетельствует также наличие таких критериев как LD 30 , LD 50 , т.е. определеныые дозы облучения приводят гибели 30, 50 % облученных особей. Необходимо отметить, что индивидуальные различия в радиоустойчивости наблюдаются не только у представителей одного вида, но и у животных одной чистой линии, где особи характеризуются идентичным генотипом.

Выживание (гибель) млекопитающих в исследуемом интервале доз определяется, в первую очередь, количеством неповрежденных стволовых клеток, ответственных за обновление клеток крови.

Радиочувствительность животных зависит также и от половых, возрастных различий особей. Как правило, самки млекопитающих более устойчивы к облучению, чем мужские особи. На рис. 2. приведены данные об изменении значений LD 50 у мышей в течение жизни. Как видно, радиочувствительность животных в первые недели после рождения высокая, по мере роста и развития мышей она снижается. Наиболее радиоустойчивы взрослые половозрелые мыши в возрасте 40 - 70 недель. Затем радиоустойчивость особей снижается и к концу жизни этот показатель достигает уровня новорожденных животных.

Рис. 2. Изменения радиочувствительности мышей одной линии в зависимости от их возраста.

Таким образом, степень устойчивости животных к ионизирующему излучению сильно колеблется в пределах одного вида, и радиочувствительность определяется многими факторами (возраст, пол, физиологическое состояние организма в момент и после облучения). Поглощение млекопитающими доз излучения до 10 Гр, вызывает появление многообразных симптомов лучевой болезни. Проявления симптомов лучевой болезни экспериментально изучено на представителях различных видов млекопитающих (мыши, крысы, собаки, овцы, козы, лошади, обезьяны).

Лучевая болезнь человека. Формы проявления лучевой болезни

Сведения о лучевой болезни человека появились после 1945 года. Наблюдения за уцелевшими жителями городов Хиросима и Нагасаки позволили получить первые данные о клинических проявлениях радиационного поражения людей. В дальнейшем проявление лучевой болезни было описано многократно у людей, получивших радиационное облучение при различных обстоятельствах. Многие случаи заболеваний людей после облучения, связаны с авариями на АЭС, на атомных подводных лодках, при облучении с медицинским целями. При облучении определенном интервале доз (1- 6 Зв), в организме возникает определенный комплекс изменений, который приводит к болезни и может вызвать его гибель человека. Этот комплекс изменений в организме, вызванный поражающим действием ионизирующего излучения, называют лучевой болезнью . Лучевая болезнь может проявлятся в многообразных формах. Формы проявления болезни человека зависят от следующих факторов: от вида ионизирующего излучения (электромагнитное или корпускулярное с различными коэффициентами качества), от способа получения облучения (общее или местное, равномерное или неравномерное, внешнее или внутреннее), от длительности облучения (однократное, многократное, пролонгированное, хроническое). Учитывая вышеперечисленные факторы, определенный комплекс клинических проявлений лучевого поражения человека, можно условно отнести к одному из нижеперичисленных трех форм:

а) острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

б) острые лучевые поражения при неравномерном облучении

в) хроническая лучевая болезнь

Острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

По степени тяжести проявления острая лучевая болезнь подразделяется на 4 категории: слабая, средняя, тяжелая, крайне тяжелая. В большинстве случаев, клинические проявления болезни обнаруживаются при поглощенных дозах рентгеновского и g-излучения более 1 Гр (Д экв > 1 Зв). При меньших дозах клинические проявления могут отсутствовать или быстро проходят. При прогнозировании степени тяжести лучевой болезни следует ориентироваться на следующие приме

Рекомендуем статьи по теме
Ондулин
Славянские чертоги определить по дате рождения
Славянские чертоги определить по дате рождения
Сегодня наткнулась на пост - Как выбрать славянский оберег согласно гороскопу . Смутил меня вот этот циферблат - обратите внимание: по...
Чердак
Хорошая литература для детей 10 лет
Хорошая литература для детей 10 лет
Экология познания. Дети: Я учусь в 6 классе. У нас в классе 30 человек, из которых 25 не читают. И во многом это вина взрослых. Из личного...